Hoe 3D-printen wordt gebruikt in de matrijsindustrie

De matrijzenindustrie is een van de meest langdurige industrieën en heeft relaties met alle gebieden van de maakindustrie. In de moderne tijd zijn fabricage en matrijzen sterk afhankelijk en worden talloze productcomponenten vervaardigd door middel van gieten (spuitgieten, blaasvormen en siliconen) of gieten (gietgieten, fining en spinnen). Het maakt niet uit welke toepassing, de matrijs kan de efficiëntie en winst verbeteren en tegelijkertijd de kwaliteit waarborgen.

CNC-bewerking is de meest gebruikte techniek om matrijzen te vervaardigen. Hoewel het zeer betrouwbare resultaten oplevert, is het ook erg duur en tijdrovend. Daarom beginnen veel matrijzenfabrikanten ook een effectiever alternatief te vinden. Het maken van mallen van additive layer manufacturing (ALM, dwz 3D-printen of additive manufacturing) is ook een aantrekkelijkere methode, vooral omdat mallen doorgaans in kleine batches worden geproduceerd en complexere vormen hebben, waardoor ze zeer geschikt zijn voor 3D-printen om te voltooien.

Tegenwoordig hebben 3D-printen en een verscheidenheid aan printmaterialen (kunststoffen, rubber, composieten, metalen, wassen en zand) veel industrieën, zoals de auto-industrie, de ruimtevaart, de gezondheidszorg en de medische sector, veel gemak gebracht, en veel bedrijven integreren 3D-printen in hun aanbod ketens, inclusief het maken van matrijzen. Welke voordelen kan de productie van matrijzen halen uit 3D-printtechnologie? In feite kan 3D-printtechnologie worden gebruikt in de volgende aspecten van de productie van matrijzen:

Vormen (blaasvormen, LSR, RTV, EPS, spuitgieten, pulpvorm, oplosbare vormkern, FRP-vorm, enz.)

Gieten (zandvorm, spinnen, thermovormen, hydrovormen van metaal, enz ...)

Bewerking, montage en testen (bevestigingsarmaturen, bewegende armaturen, modulaire armaturen ...)

Robot eindeffector (handgreep)

Er zijn veel voordelen aan het maken van een mal van 3D-printen:

1) Verkort de productiecyclus van de matrijs        

3D-printvorm verkort de gehele productontwikkelingscyclus en wordt de bron van drijvende innovatie. In het verleden kozen bedrijven er soms voor om updates van het productontwerp uit te stellen of te staken vanwege de grote hoeveelheid kapitaal die nodig was om nieuwe matrijzen te maken. Door de insteltijden van de matrijs te verkorten en bestaande ontwerptools snel te kunnen updaten, stelt 3D-printen bedrijven in staat zich meer frequente matrijswisselingen en verbeteringen te veroorloven. Het maakt de matrijsontwerpcyclus mogelijk, houdt het tempo van de productontwerpcyclus bij. Daarnaast hebben sommige bedrijven 3D-printapparatuur aangeschaft om hun eigen mallen te maken, waardoor de productontwikkeling verder wordt versneld en de flexibiliteit/aanpasbaarheid wordt vergroot. Strategisch gezien vergroot het het vermogen van de verdediging van de toeleveringsketen om deadlines te verlengen en risico op stagnatie te ontwikkelen, zoals het verkrijgen van ongeschikte mallen van leveranciers.

2) Lagere productiekosten

Als de kosten van het huidige 3D-printen van metaal hoger zijn dan de kosten van traditionele metaalfabricageprocessen, zullen de kostenbesparingen op kunststofgebied gemakkelijker worden gemaakt. Metalen 3D-geprinte matrijzen zijn economisch voordelig bij de productie van kleine, discontinue series eindproducten omdat de vaste kosten voor deze producten moeilijk af te schrijven zijn, of voor bepaalde specifieke geometrieën (alleen geoptimaliseerd voor 3D-printen) Meer economische voordelen. Met name 3D-printen is kosteneffectief wanneer de gebruikte materialen erg duur zijn en de traditionele matrijzenbouw resulteert in hoge mate van materiaalschroot. Bovendien kan het vermogen van 3D-printen om in slechts enkele uren nauwkeurige mallen te produceren een positieve invloed hebben op productieprocessen en marges. Met name 3D-printen is kosteneffectief wanneer de gebruikte materialen erg duur zijn en de traditionele matrijzenbouw resulteert in hoge mate van materiaalschroot. Vooral wanneer de productie stopt en/of de matrijsvoorraad duur is.

Ten slotte zijn er momenten waarop de matrijs moet worden aangepast na de start van de productie. De flexibiliteit van 3D-printen stelt ingenieurs in staat om meerdere iteraties tegelijkertijd uit te proberen en de initiële kosten die gepaard gaan met het aanpassen van matrijsontwerpen te verlagen.

3) De verbetering van het matrijsontwerp voegt meer functionaliteit toe aan het eindproduct.

Vaak verbetert de speciale metallurgische benadering van 3D-metaalprinten de microstructuur van het metaal en produceert het een volledig dicht geprint onderdeel met mechanische of fysieke eigenschappen die even goed of beter zijn dan die gesmeed of gegoten (afhankelijk van de warmtebehandeling en testoriëntatie). Additive manufacturing biedt ingenieurs onbeperkte mogelijkheden om het matrijsontwerp te verbeteren. Wanneer het doelonderdeel uit meerdere subcomponenten bestaat, heeft 3D-printen de mogelijkheid om het ontwerp te integreren en het aantal onderdelen te verminderen. Dit vereenvoudigt het productassemblageproces en vermindert de toleranties. Bovendien maakt het de integratie van complexe productfuncties mogelijk, waardoor een snellere productie van zeer functionele eindproducten en minder productdefecten mogelijk wordt. De totale massa van een spuitgegoten onderdeel wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de warmteoverdrachtsomstandigheden tussen het geïnjecteerde materiaal en de koelvloeistof die door de armatuur stroomt. De kanalen die het koelmateriaal aansturen, zijn typisch recht indien vervaardigd met conventionele technieken, wat resulteert in een langzamere en niet-uniforme koeling in het gegoten onderdeel. 3D-printen maakt koelkanalen van elke vorm mogelijk om een ​​meer optimale en uniforme koeling te garanderen, wat resulteert in onderdelen van hogere kwaliteit en lagere afkeurpercentages. Bovendien verkort een snellere warmteafvoer de cyclustijd voor spuitgieten aanzienlijk, aangezien de koeltijden over het algemeen tot 70% van de gehele injectiecyclus bedragen.

4) Optimalisatietools zijn ergonomischer en hebben de laagste prestaties        

3D-printen vermindert de barrière voor het valideren van nieuwe tools die voldoen aan de onvervulde behoeften in het productieproces, waardoor meer bewegende armaturen en armaturen kunnen worden vervaardigd. Traditioneel zijn gereedschapsontwerp en bijbehorende apparaten altijd zo lang mogelijk gebruikt vanwege de kosten en moeite die nodig zijn om ze opnieuw te ontwerpen en te vervaardigen. Met 3D-printtechnologie kunnen bedrijven elk gereedschap op elk moment opknappen, niet alleen gereedschap dat al is gesloopt en niet aan de eisen voldoet. Vanwege de geringe hoeveelheid tijd en initiële kosten die nodig zijn, maakt 3D-printen het voordeliger om tools te optimaliseren voor betere marginale prestaties. Technici kunnen dan meer aan ergonomie denken bij het ontwerpen om hun bedieningscomfort te verbeteren, de verwerkingstijd te verkorten en gebruiksvriendelijker en gemakkelijker op te bergen. Hoewel dit de montagetijd van slechts enkele seconden kan verkorten, maar niet veel kan verdragen. Bovendien kan de optimalisatie van het gereedschapsontwerp ook het afkeurpercentage van onderdelen verminderen.

5) Aangepaste mal om de uiteindelijke productaanpassing te helpen realiseren        

Kortere productiecycli, het creëren van complexere geometrieën en het vermogen om de uiteindelijke productiekosten te verlagen, stellen bedrijven in staat een groot aantal gepersonaliseerde gereedschappen te creëren om de productie van op maat gemaakte onderdelen te ondersteunen. 3D-printmal is zeer bevorderlijk voor productie op maat, zoals medische apparatuur en medische industrie. Het biedt chirurgen gepersonaliseerde 3D-geprinte instrumenten, zoals chirurgische handleidingen en hulpmiddelen waarmee ze chirurgische resultaten kunnen verbeteren en de operatietijd kunnen verkorten.