Van Additieve Productie naar Injectiegieten: Snelle Opschaling van Gezichtsbeschermers

Toen de COVID-19-pandemie de Verenigde Staten trefte, schakelde ons team bij Fast Radius een groot deel van onze additieve productiecapaciteit om naar de productie van gezichtsbeschermers. Tot nu toe hebben we duizenden additief geproduceerde gezichtsbeschermers gemaakt en verzonden om frontline-werkers te beschermen tegen het coronavirus. De beschermer is herbruikbaar, extreem duurzaam, gemakkelijk te monteren en comfortabel, maar de vraag overstijgt onze additieve productiecapaciteit verre.

Om ons product voor meer mensen beschikbaar te maken, besloten we de productie te verplaatsen naar injectiegieten. Injectiegieten maakt de beschermer op twee manieren toegankelijker: het stelt ons in staat om een veel hoger volume te produceren, en het drukt de kosten aanzienlijk omlaag door lagere materiaalkosten en snellere productie.

In ons werk met klanten gebruiken we vaak additieve technologie om onderdelen te produceren terwijl we opschalen naar injectiegieten. Ons eigen verhaal is een sterk voorbeeld van hoe digitale productietechnologie kan worden gebruikt om een additief product te herontwerpen voor injectiegieten.

Snelle ontwerpiteratie met simulatietools

We moesten aanzienlijke aanpassingen aan het additieve ontwerp van de beschermer "halo" (of hoofdband) maken om het geschikt te maken voor injectiegieten, terwijl we de prestaties behielden. We wisten dat de stijfheid geoptimaliseerd moest worden om dunne staaltoestanden te vermijden die schade aan het gereedschap tijdens het gietproces konden veroorzaken. Aangezien we wisten dat de stijfheid van de huidige halo goed werkte, simuleerden we de fluctuerende verplaatsing van de additieve halo en gebruikten die verplaatsing als doel voor de stijfheid van het injecteergegoten ontwerp.

Om de elementen die bijdragen aan stijfheid te begrijpen, gebruikten we Finite Element Analyse (FEA) om de ontwerpvariabelen te identificeren die betere resultaten opleverden. We vertrouwden op het simulatiepakket binnen Autodesk 360, een tool die we voor diverse doeleinden gebruiken, waaronder ontwerp, analyse en simulatie. We testen zowel de kroon- als ribbelpatronen op de voorzijde van de buitenste ring. Hoewel de ribbeling enige stijfheid toevoegde, vonden we dat het verhogen van de kroon een effectievere manier was om de verplaatsing te minimaliseren.

Het verhogen van de kroon kon echter slechte gereedschapscondities (dun gereedschapsstaal) creëren tussen de buitenste en middenring. De sleuf waar de schild zelf in wordt geplaatst is erg dun – zo dun als één tot twee millimeter; hoe hoger de secties in de kroon, hoe dunner het benodigde gereedschapsstaal, wat de kans op schade tijdens het gietproces vergroot.

We moesten de optimale kroonhoogte vinden die dun staal verminderde terwijl de stijfheid in de buitenste ring van de halo behouden bleef. Om dit te bepalen, voerden we 16 simulaties uit, waarbij we het ontwerp elke keer lichtjes aanpasten om de prestaties te verbeteren. Op dit stadium in het ontwerpproces hadden we ons doel al bereikt en hadden we veel ontwerpen met vergelijkbare of betere verplaatsing dan de additieve halo.

Snel prototypen met HP Multi Jet Fusion (MJF)

Uit de gesimuleerde concepten kozen we er drie om te printen met HP MJF, aangezien dat de technologie is die we gebruikten voor onze originele additieve halo. Normaal zou het drie dagen duren voordat een MJF-deel voldoende is afgekoeld om bruikbaar te zijn, maar ons team van productie-ingenieurs verpakte de build op een manier die ons de onderdelen de volgende dag in handen gaf.

Het operatieteam in de Fast Radius-fabriek in Chicago droeg de drie concept-halo's en vergelijk ze met de originele additief geproduceerde versie op comfort en montagegemak. Concept 10 (zie bovenstaand, derde ontwerp) accepteerde de schild het gemakkelijkst, maar ze stelden diverse aanpassingen voor om comfort en montage te verbeteren. Het resulterende ontwerp (zie onderstaand) werd gebruikt om de injectiegietgereedschappen te produceren die de volgende versie van onze gezichtsbeschermer-halo zullen maken.

Uiteindelijk maakt de overstap van additieve productie naar injectiegieten de halo veel meer toegankelijk voor wie het nodig heeft. We zijn erin geslaagd de prijs met 55% te verlagen.

Toen we begonnen met het maken van additieve halo's, voldeden we aan een vraag die we niet konden voorspellen. Toen het duidelijk werd dat we ons product meer toegankelijk konden maken, pasten we ons additieve ontwerp aan voor injectiegieten en brachten we een gereedschap in productie in slechts drie dagen.

Ons team werkte rond de klok om dit belangrijke product op de markt te brengen. We bereikten deze opmerkelijke tijdlijn grotendeels dankzij simulatiesoftware, digitale productie en ons agile werkmodel. Deze pandemie heeft ons gedwongen om flexibeler te worden met productontwikkelcycli, een trend die we verwachten dat zich lang na de pandemie voortzet.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?

Start uw offerte