Additive manufacturing en spuitgieten — een nieuwe visie op productielevenscycli

Er is momenteel veel belangstelling voor hybride processen onder fabrikanten:de praktijk van het combineren van meerdere productietechnieken om resultaten te bereiken die anders moeilijk (of zelfs onmogelijk) zouden zijn. Dit is een belangrijk onderdeel van de ontwikkeling van additieve fabricage van puur een prototyping-tool naar een levensvatbare productietechniek. Hoewel er veel is geschreven over hoe AM uiteindelijk de traditionele, subtractieve methoden in productieworkflows zal vervangen, ondersteunt het huidige bewijs deze visie niet. Recente AM-innovaties en succesverhalen geven aan dat het in feite de ontwikkeling van effectieve hybride processen - en robuuste systemen om hiervan gebruik te maken - is die AM tot een standaard onderdeel van de productielevenscycli zullen maken.

Overweeg projecten waar meestal spuitgieten wordt gebruikt (bijvoorbeeld auto-onderdelen). Jarenlang is het de beste praktijk geweest om additieve fabricagetechnieken te gebruiken tijdens de prototypingfase en vervolgens spuitgieten te gebruiken voor de uiteindelijke productieonderdelen. Dit is een logisch systeem - AM betekent dat eenmalige prototypes snel en tegen minimale kosten kunnen worden geleverd, terwijl spuitgieten consistentie, kwaliteit en kosteneffectiviteit biedt wanneer grootschalige productie begint. Deze benadering is echter niet zonder nadelen.

Metalen mallen zijn duur en tijdrovend om te produceren, waarbij de productie doorgaans ongeveer zes weken in beslag neemt en de gereedschapskosten vaak een grote doorlopende kostenpost worden. Dit maakte ze voorheen onpraktisch voor gebruik in de prototypingfase, waar onderdelen vaak een aantal iteraties zullen doorlopen, die elk hun eigen mal vereisen. Om deze beperking tegen te gaan, neemt het gebruik van 3D-geprinte spuitgietmatrijzen voor productieonderdelen langzaam in populariteit toe. Op deze manier kunnen matrijzen op een snelle en kosteneffectieve manier worden geproduceerd wanneer ze nodig zijn, waarbij prototypes worden geleverd met dezelfde materiaalkwaliteiten als de geplande productieonderdelen.

De belangrijkste uitdaging hierbij is het selecteren van bedrukbare materialen die de mechanische eigenschappen leveren die nodig zijn voor spuitgieten. Kunststof mallen reageren bijvoorbeeld heel verschillend op warmte, dus het is belangrijk om hier tijdens de planningsfase van een project rekening mee te houden om kromtrekken te voorkomen. Bovendien moeten kunststof gereedschappen na gebruik langer worden gekoeld (idealiter met lucht), waarmee rekening moet worden gehouden in de algemene projecttijdlijnen. Ze zullen doorgaans ook minder onderdelen produceren dan een mal met gereedschapsstaal, en leveren ongeveer 50 onderdelen voordat ze onbruikbaar worden.

Metalen matrijzen zijn daarom de meest praktische optie als de productie op grote schaal begint, hoewel AM ook hier kansen biedt voor nieuwe procesverbeteringen en kostenbesparingen. De opkomst van 3D-metaalprinttechnieken (zoals DMLS) betekent dat metalen mallen ook kunnen worden geprint, volgens dezelfde hoge normen als bewerkte versies, zonder de gebruikelijke wachttijden - een aantrekkelijke optie voor lage productieruns, eenmalige onderdelen, of projecten waar het nodig is om een ​​mal te testen voordat deze in grote aantallen wordt geproduceerd.

Het is daarom niet alleen een kwestie van een 3D-printer aansluiten op een gevestigde prototyping-/productiecyclus - er zal een geheel nieuwe workflow moeten worden opgezet om optimale resultaten te bereiken. De potentiële voordelen zijn echter groot, waardoor fabrikanten een snellere, flexibelere benadering van zowel prototyping als productie kunnen hanteren. Prototypes kunnen worden geproduceerd met exact dezelfde materialen die zullen worden gebruikt voor de productieversies, waardoor fouten in een veel sneller tempo kunnen worden geïdentificeerd en verfijnd. Dit zal de tijd die nodig is om van prototype naar productie te gaan snel verkorten. Zodra de productie begint, kunnen naar behoefte nieuwe matrijzen worden geproduceerd, waardoor de opslagkosten worden verlaagd en de operationele efficiëntie wordt verhoogd.

Het gebruik van 3D-geprinte mallen wordt al onderzocht in een reeks sectoren, waaronder de medische sector (voor het maken van chirurgische onderdelen, die aan zeer strikte voorschriften zijn onderworpen) en de automobielsector (voor het maken van banden en andere auto-onderdelen), hoewel er geen sector waar flexibiliteit bij het maken van onderdelen nodig is, kan gemakkelijk profiteren van de aanpak.

Dit is slechts één voorbeeld van hoe additive manufacturing kan worden gebruikt om traditionele methoden aan te vullen in plaats van ze te vervangen. Wanneer ze worden samengebracht als onderdeel van een goed beheerde workflow, worden hun respectieve nadelen verminderd en hun sterke punten versterkt.