Zes procescontrolevariabelen die essentieel zijn voor het succes van uw additive manufacturing

Additieve productieprocessen werken op schalen die veel complexer en ingewikkelder zijn dan menselijke machineoperators zonder hulp kunnen besturen. Op lagen gebaseerde methoden zoals fused deposition modeling (FDM) kunnen worden geconfigureerd volgens een breed scala aan variabelen, waaronder pixelschaal en afdrukhoek, die moeilijk, zo niet onmogelijk, handmatig te valideren zijn. Om deze reden hebben fabrikanten beproefde methoden nodig om ervoor te zorgen dat additieve productieprocessen nauwkeurig, nauwkeurig, economisch en veilig zijn, zowel binnen als tussen printopdrachten.

In het algemeen zijn deze methoden - ook wel procescontroles genoemd - industriële systemen waarmee ingenieurs complexe processen kunnen beheren zodat ze consistente resultaten opleveren. Additieve fabricageprocescontroles kunnen bijvoorbeeld helpen bij het optimaliseren van tal van productieparameters die essentieel zijn om ervoor te zorgen dat onderdelen vergelijkbare normen bereiken voor geometrische nauwkeurigheid, prestatiekenmerken, mechanische eigenschappen, maattolerantie en kwaliteiten.

De meeste industriële 3D-printers - waaronder de meeste laserpoederbedfusiemachines (LBPF) - bevatten nu gesloten bewakingssystemen, die camera's en thermische en positiesensoren gebruiken om gegevens over de uitvoer van de printer te verzamelen en afwijkingen in realtime te detecteren .

Deze in-situ procescontroles, ook wel feedbacksystemen genoemd, maken aanpassingen op basis van output om de gewenste voorwaarden of eigenschappen te bereiken, waardoor de consistentie en kwaliteit van de productie van onderdelen wordt verfijnd. Hoewel ze minder vaak voorkomen, beschikken sommige 3D-printers over 'feed-forward'-simulatietools die feedback rechtstreeks invoeren in het gesloten-lussysteem van het apparaat, wat zorgt voor realtime procescontrole en consistentere prints.

Kritische additieve procescontrolevariabelen

De precisie en kwaliteit van 3D-geprinte onderdelen worden beïnvloed door tientallen variabelen die rigoureus moeten worden gecontroleerd om consistente resultaten te bereiken. Over het algemeen komen deze variabelen overeen met een van de zes categorieën.

1. Omgeving

Het beheersen van de fysieke omstandigheden van de ruimte waar onderdelen worden gemaakt, is van fundamenteel belang om consistente afdrukken te garanderen. Factoren zoals vochtigheid, luchtkwaliteit en temperatuur kunnen een aanzienlijke invloed hebben op hoe het materiaal extrudeert en bindt tussen lagen. Weten hoe elk van deze factoren de afdrukkwaliteit beïnvloedt, is essentieel.

2. Machine

De technologie die tijdens de productie wordt gebruikt, introduceert een aantal variabelen waarmee rekening moet worden gehouden.

De kwaliteit van een machine kan een aantal van deze factoren verlichten. De tolerantie die u kunt bereiken, is bijvoorbeeld slechts zo goed als het minst nauwkeurige stuk van de machine; het maakt niet uit hoe duur een extruder is als de controllers en motoren die hem aandrijven onnauwkeurig zijn. Bijkomende factoren, zoals de extrusiekracht en de temperatuur van de printer en het platform, hebben directe effecten op de hechtsterkte van het materiaal en de stabiliteit van de interface.

3. Materiaal

Hoewel verschillende materiaaleigenschappen natuurlijk van invloed zijn op de prestaties en functie van het uiteindelijke onderdeel, moeten deze kwaliteiten ook in het productieproces worden meegenomen. Als materialen specifieke opslag- of behandelingsvereisten hebben, of op een specifieke manier moeten worden voorbereid voordat ze worden afgedrukt, moeten procescontroles worden ingesteld voor elke variabele om ervoor te zorgen dat een taak kan worden herhaald met vergelijkbare resultaten.

4. Onderdeelgeometrie en oriëntatie

Naast het optimaliseren van het ontwerp van onderdelen voor fabricage, moeten ingenieurs bepalen hoe het onderdeel zal worden geproduceerd in de bouwkamer van de printer. Factoren zoals de oriëntatie van het onderdeel ten opzichte van de bouwplaat, het ontwerp van ondersteunend materiaal en de uitlijning van kritieke kenmerken op het meest nauwkeurige printvlak van de machine dragen allemaal bij aan de productie-efficiëntie en kwaliteit.

5. Nabewerking

Nadat het afdrukken is voltooid, moeten onderdelen om een ​​aantal redenen mogelijk aanvullende processen ondergaan voordat ze worden geproduceerd. Als er ondersteunend materiaal is gebruikt, moet dit worden verwijderd. Bepaalde functies moeten mogelijk worden geboord om de nauwkeurigheid van het eindproduct te vergroten. Secundaire stappen kunnen ook tijdgevoelig zijn. In alle gevallen moeten deze processen worden gestandaardiseerd.

6. Kwaliteitsborging

Het optimaliseren van de nabewerking helpt verder om de nauwkeurigheid van de onderdelen te garanderen en de gewenste esthetische kwaliteiten te bereiken. Vergelijkbare parameters moeten worden vastgesteld voor hoe steunen worden verwijderd, hoe oppervlakken worden afgewerkt en hoe eventuele cosmetische details, zoals hot stamping of plating, worden aangebracht. Ten slotte moeten de methoden die worden gebruikt om onderdelen te meten, valideren en kwalificeren - een praktijk die bekend staat als metrologie - consistent zijn.

Optimaliseren van additieve productieprocessen voor kritische variabelen

Na het identificeren van de variabelen die betrokken zijn bij een bepaalde productietaak, is de volgende stap voor productteams het ontwerpen van een proces dat een effectief beheer van variabelen mogelijk maakt. Proceskalibratie vereist vallen en opstaan, maar een belangrijk voordeel van additieve productieprocessen is dat ze iteratief zijn, waardoor digitale ontwerpen snel kunnen worden bijgewerkt zonder dat dure en tijdrovende gereedschapswisselingen nodig zijn.

Het optimaliseren van additieve productieprocessen voor nauwkeurigheid en precisie zou in het algemeen de volgende stappen moeten omvatten:

1. Verzamel uitgebreide datasets op basis van de procesbesturingsvariabelen
2. Voer statistische en correlatieanalyses uit van de datasets om afhankelijkheid tussen variabelen en invoer vast te stellen
3. Voer op basis van variabele afhankelijkheden gerichte ontwerpen van experimenten (DOE's) uit om de belangrijkste oorzaken van inconsistenties of afwijkingen op te helderen
4. Wijzig het productieproces om een ​​grotere nauwkeurigheid en precisie te bereiken

Deze cyclus moet worden herhaald totdat het proces op betrouwbare wijze onderdelen van hoge kwaliteit produceert met de gewenste eigenschappen en maattoleranties. Er moeten echter voortdurend tests worden uitgevoerd om te garanderen dat het proces consistent en effectief is.

Ontdek consistente on-demand productie

Procescontroles zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat productiemethoden efficiënt en consistent blijven, en de ontwikkelingen op het gebied van procesbesturingstechnologieën voor additieve fabricage zijn zowel snel als significant geweest. De toegenomen integratie van IoT-sensoren en machine learning-algoritmen in 3D-printersystemen stelt productteams in staat onderdelen met grotere precisie en snelheid te maken. Verder hebben baanbrekende nieuwe technologieën zoals simulatie-analyse, experimenteel ontwerp en de industrialisatie van controlesystemen het potentieel om de sector van de additieve productie te stroomlijnen en verfijnen.

Fast Radius is een vooruitstrevend, on-demand productieplatform dat een scala aan productietechnologieën biedt, variërend van additive manufacturing en spuitgieten tot urethaangieten en CNC-bewerkingsdiensten. We zijn niet alleen gespecialiseerd in het verfijnen van het ontwerp van onderdelen voor maximale efficiëntie en kwaliteit, maar ook in het helpen van onze klanten bij het vinden van het juiste productieproces — of combinatie van processen — om de klus op tijd en tegen concurrerende tarieven te klaren. Neem vandaag nog contact op met ons team om aan de slag te gaan.

Bezoek het Fast Radius-leercentrum voor meer informatie over de fijne kneepjes van spuitgieten, additieve fabricage van industriële kwaliteit en nog veel meer.