Additieve Productie Breidt Uit Naar Industriële Productie Buiten Desktop 3D-printen

3D-printen wordt volwassen. Is het zo revolutionair als de belofte of gewoon nog een waardevol gereedschap in de werkkist — of beide? We spreken met MakerBot en een 3D-print consultant in de Rust Belt om te zien waar dingen staan en waar ze heen gaan.

3D-printen heeft zijn volle potentieel nog niet bereikt in professionele en productie-gerichte omgevingen, maar er is veel gezonde ruimte om te groeien daar, zeggen additieve productie ingenieurs, consultants en academici. En nieuwe technologieën en machines duiken op die voordeel trekken van innovaties in metaalpoeders. Een van de grootste vragen over de technologie is of het kan bewegen van een favoriet van onderdeelontwerp en prototyping naar een vast onderdeel op de winkelvloer. Zal het zijn ritme vinden op hogere productieniveaus? En wat zijn de barrières om grotere golven te maken?

Industrie-insiders zeggen dat winkels van alle maten deze 3D-processen op een verscheidenheid van geniale manieren gebruiken — van custom werkstukspanning en mallenen tot functionele eindgebruiksonderdelen met geometrie die alleen mogelijk is met additieve productie.

"CNC winkels hebben dingen als MakerBot gebruikt om 3D te printen complexe structuren die het apparaat in de frees op de hoek kunnen houden die nodig is om het onderdeel te kunnen machine," zegt Chris Barrett, president van 3DDirections. "Dus winkels maken jigs, fixtures en wat tooling op die manier."

Barrett is een scheikundige en fysicus van beroep maar verveelde zich met testbuisjes — en vond zijn weg naar materiaalwetenschap en engineering. Omdat hij in Ohio gebaseerd is, werd Barrett blootgesteld aan traditionele productie en de wereld van opkomende additieve en 3D-printtechnologieën. Hij startte zijn consultancy met een sterk begrip van beide werelden en focust op het helpen van bedrijven de technologie te benutten waar het het meest zinvol is.

Let op: Barrett, als trainer voor Tooling U-SME, hostte een webinar op 27 juni over additieve productie op Better MRO, waar hij zeven grote categorieën van 3D-printen uiteenzette en de voor- en nadelen van elk type besprak. De replay is beschikbaar in de videolink bovenaan. Onderwerpen omvatten:

• Vat fotopolymerisatie
  • Bevat stereolithografie (SLA) en digitale lichtverwerking (DLP)
• Poederbedfusie (PBF)
  • Bevat SLS, direct metaal laser sinteren (DMLS), SLM, elektronenstraal smelten (EBM)
• Binder jet printen (BJP)
• Materiaal jet printen (MJP)
• Blad laminatie (LOM)
• Materiaal extrusie
  • Bevat fused deposition modeling (FDM)

• Gedreven energie depositie (DED)

"Er zijn een aantal sleutelmanieren waarop fabrikanten en job shops vandaag professionele 3D-printers gebruiken," zegt Dave Veisz, vice president engineering bij MakerBot. "Bedrijven gebruiken ze voor werkplekorganisatie — voor onderdelen die een winkel helpen 5S lean manufacturing implementeren, montage- en meetfixtures, onderdelen greifers, meetlatten, en waar hoge-kracht kunststoffen adequaat zijn... U gaat het niet gebruiken voor uniek veeleisende hoge-kracht of hoge-temperatuur toepassingen zoals oven fixtures, maar voor veel fixture- en gereedschapstoepassingen, werkt het goed."

Een cruciale voordeel van 3D-printen: Geometrische complexiteit is "gratis," zegt Veisz. Bijvoorbeeld, stel u voor dat u een gripper ontwerpt om een gietstuk op te pikken en te plaatsen en het een complexe vorm heeft. U kunt de inverse van de gietgeometrie in CAD genereren, het aanpassen voor de toepassing en een perfecte match printen. Aangezien de 3D-printkost en tijd voornamelijk gedreven wordt door onderdeelvolume, is er geen extra kost voor moeilijk te bereiken geometrieën door traditionele productieprocessen.

Metaal 3D-printen, Additieve Productie: Wie Gebruikt Het Vandaag?

Additieve productie met metaalpoeder of hoge-temperatuur thermoplasten wordt preponderant gebruikt in de luchtvaart- en defensiesector — en met goede reden: Deze bedrijven kunnen zich permitteren om onderzoek en ontwikkelingsdollars te investeren naar kleinere, soms complexe, onderdelen die het potentieel hebben om kosten te verlagen of leveringstijd te versnellen. Onderdelen omvatten: complexe ducting voor omgevingscontrolesystemen, windtunnel en onbemande luchtvaartuig componenten, tanks voor brandstof en andere vloeistoffen, surrogaat onderdelen, en composiet oplaag.

"De meeste van de grote luchtvaart- en defensie OEMs, inclusief Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, degenen die grote omzetbases hebben, ze zitten er allemaal in," zegt Barrett. "En de andere bedrijven die beginnen het te gebruiken zijn biomedische bedrijven die vandaag titanium heupimplanten maken. Maar het ding waar u aan botst is de kost."

De OEMs willen in staat zijn om het werk uit te besteden en uit te besteden aan kleinere fabrikanten. De uitdaging is dat de standaarden nog niet bij metalen geprinte onderdelen aangekomen zijn. De FAA standaarden voor luchtvaartonderdelen, vooral voor grote-passagiersvliegtuigen, kunnen terecht streng zijn. Veel onderzoek is nodig om te begrijpen wat acceptabele kleine afwijkingen zijn — en wat niet.

Op dit moment kan een kleinere job shop misschien een metaalonderdeel voor een OEM printen, maar het kan alleen, bijvoorbeeld, één soort metaalpoeder in zijn machine gebruiken per de standaard op één goedgekeurde machine — en dus de beperkingen zijn duur, zegt Barrett. Job shops hebben flexibiliteit nodig om winst te maken.

Zie hoe een luchtvaart- en defensiefabrikant een niche vond in 3D additief werk. Lees "Hoe Een 3D Geprint Onderdeel Naar De Markt Te Brengen In Luchtvaart."

"Het goede nieuws is dat in de volgende vijf tot tien jaar, de standaarden zullen beginnen een impact te maken," zegt Barrett. "Momenteel doet NIST (National Institute of Standards and Technology) veel onderzoek hier."

Maar het is niet beperkt tot luchtvaart of implantaten. Andere medische instrumenten worden gemaakt, zoals handgehouden apparaten, medische wagentjes en chirurgische gidsen en gereedschappen, alsook onderdelen voor de energie, transport en consumentenproducten categorieën. In olie en gas, worden onderdelen geproduceerd voor rotoren en statoren. In auto, maken bedrijven panelen, custom interieurs en grilles. En voor consumenten, denk aan vorm en pas: brillenmonturen en pre-productie ontwerpen.

Heeft u een technische vraag? Vraag de MSC Metaalbewerking Tech Team in het forum.

MakerBot's Method Richt Zich Op De Professionele Marken En Job Shops

Een van de bedrijven die veel tractie en aandacht kreeg tijdens de eerste consumentenadoptie van 3D-printen was MakerBot. Het bedrijf, dat in 2013 door Stratasys overgenomen werd, heeft de afgelopen jaren gefocust op onderzoek en ontwikkeling buiten de hobbyist- en educatiemarkten. Stratasys maakt al sinds 2015 3D-onderdelen voor Airbus.

Vorige december lanceerde MakerBot een geavanceerdere 3D-printmachine gericht op de professionele markt gedubd Method, die ongeveer een derde kost van een entry-level industriële 3D-printer. MakerBot collaboreerde met Stratasys bij het ontwikkelen van de technologie gebruikt in de nieuwe machine. Method is het eerste nieuwe hardwareplatform in ongeveer drie jaar voor MakerBot.

"Het is echt het eerste platform dat we vanaf de grond op hebben ontwikkeld als een affiliate van Stratasys," zegt Veisz. "Het is een combinatie van Stratasys intellectueel eigendom en vaste kennis en MakerBot's ontwerp en engineering DNA ... , We zouden niet in staat zijn geweest om deze machine succesvol te trekken zonder beide stukken."

Method's feature set is totaal anders, en het is robuuster dan de desktop 3D-printmachines er buiten, het claimt. Die feature set omvat dubbele extrusie van vast modelmateriaal en oplosbaar PVA — wat water-oplosbaar plastic is — en een metaal CNC gemalen frame, droge-zeel materiaalbaaien en een circulerend verwarmde kamer die een warm kussen van lucht creëert essentieel voor het creëren van een gecontroleerde omgeving. Elke laag die toegevoegd wordt ziet dezelfde omgeving.

Om dingen in actie te zien, bekijk deze integratie webinar over 3D-printen en CNC bewerking [Bron: MakerBot]

"Dit is iets wat u ziet op industriële 3D-printers die beginnen in de tienduizenden dollars en u ziet dit niet in de desktopwereld," zegt Veisz. Desktop 3D-printers gebruiken een hobbyist-architectuur die geen herhaalbare dimensionale nauwkeurigheid biedt, wat ze onvoldoende maakt voor veel productietoepassingen met strakke toleranties.

Omdat de printomgeving op desktop 3D-printers niet zo gecontroleerd is als op industriële 3D-printers, lijden de nauwkeurigheid en de machine uptime ook. In de meeste desktop 3D-printers, naarmate u omhoog gaat in de Z-richting, wordt het onderdeel blootgesteld aan een koelere omgeving, wat de laag zwakt en het onderdeel anders warpt.

Met Method, claimt MakerBot toleraties voor het afgewerkte onderdeel op plus-min .2 millimeters voor de eerste 100 millimeters in de X, Y en Z-assen — en dan schaalt het op op diezelfde proportie, .002 millimeters per millimeter voor elke dimensies die boven de 100 millimeters zijn.

"Dus het is niet ganz precisie CNC bewerking toleranties, maar het is zeker dicht genoeg voor de meeste jig, fixture, tool en prototype werk," zegt Veisz. "En het is in lijn met productie plastic injectie gieten toleranties. U ziet geen claims van dimensionale nauwkeurigheid in de meeste desktop 3D-printen, en MakerBot heeft geen claims gemaakt over afgewerkte onderdeelnauwkeurigheid op eerdere machines ... U ziet echt geen claims van dimensionale nauwkeurigheid voor onderdelen [in de meeste desktop 3D-printen] ... Het is opvallend dat dit de eerste printer is die we gelanceerd hebben die echt elke geometrie kan printen vanwege de oplosbare support, en het kan printen tot een consistente onderdeelnauwkeurigheid vanwege de machinefeatures en controles."

Gebruikt u 3D-printen voor het maken van prototypes, jigs en fixtures vandaag? Praat erover in het forum. [registratie vereist]