Navigeren van additieve productie naar spuitgieten

Ontwerprisicobeperking:een onderdeel definiëren voordat een onderdeel wordt ontworpen

Bij prototyping met 3D-printen of additive manufacturing draait alles om het beperken van ontwerprisico's:kijken hoe het ontwerp van een onderdeel kan worden verbeterd; kijken naar mogelijke risico's voor de vorm, pasvorm en functie van een onderdeel; verschillende ontwerpconcepten uitproberen en doorlichten; en erop letten dat je jezelf niet in een hoek plaatst door geen rekening te houden met de maakbaarheid van het onderdeel. Inderdaad, met 3D-printen zijn er weinig regels of beperkingen die problemen voor u kunnen veroorzaken bij het maken van een onderdeel. Maar om een ​​vormbaar onderdeel te ontwerpen, nou, dat is een ander verhaal. Functie heeft invloed op de vorm van elk type onderdeel, maar met name bij kunststof onderdelen heeft het ook invloed op de afwerking en zelfs op het ontwerp van de mal die ze vormt.

Dat is waar ons geautomatiseerde digitale offerteplatform om de hoek komt kijken. Deze analyse is vooral cruciaal als u in gedachten heeft dat het onderdeel zal worden gegoten, of in ieder geval in iets grotere hoeveelheden zal worden geproduceerd dan alleen de prototypefase. Voor 3D-geprinte onderdelen krijg je direct een offerte met interactieve prijzen op basis van materiaal, resolutie en afwerking. Bovendien kunt u altijd ontwerpfeedback krijgen van een van onze interne additive manufacturing-ingenieurs. Voor gegoten onderdelen krijgt u binnen enkele uren een interactieve online offerte, plus de DFM-analyse en realtime prijzen op basis van hoeveelheid, afwerking en doorlooptijd.

Maar laten we teruggaan naar enkele voorbeelden van risicobeperking. In de auto-industrie zal een ontwerp van een onderdeel dat past als onderdeel van de motor van een SUV waarschijnlijk blootstelling aan hoge temperaturen en vochtigheid moeten overleven. Dit zal leiden tot belangrijke keuzes, zoals welk materiaal te gebruiken en welke productiemethode te kiezen. Het kan het gebruik van selectieve lasersintering (SLS) vereisen, een 3D-printproces dat functionele productieonderdelen kan produceren, of misschien gegoten of machinale onderdelen. Of, laten we zeggen, een medtech-bedrijf maakt een prototype van een nieuw, handbediend chirurgisch instrument. In dat geval zou een 3D-geprint prototype een hulpmiddel zijn dat prima zou werken in een dokterspraktijk of kliniek voor verkoopdemonstraties en utiliteitstesten.

In deze vroege front-end-fase is het beste advies om goede, degelijke ontwerpprincipes te gebruiken om te helpen bij het definiëren een onderdeel voor ontwerpen deel. Dat leidt naar de volgende sectie:de rol van iteratieve of meerdere prototypes.

Multi-prototyping helpt bij het bepalen van een productiemethode

Zoals gezegd zijn er weinig regels of beperkingen bij het maken van een onderdeel met additive manufacturing. Dat is een zegen en een vloek. Het is vooral een uitdaging wanneer ontwerpers een geprint prototypeontwerp willen omzetten in gegoten onderdelen of een andere productiemethode. Waarom? Welnu, in het geval van gieten houdt het "niet van" dikke dwarsdoorsneden, uitsteeksels, vloeiende lijnen die rond een kern gaan en breien, complexe geometrie, interne kanalen of kamers, organische geometrieën, enzovoort. Met andere woorden, alleen omdat iets 3D-geprint kan worden, wil nog niet zeggen dat het ook gegoten kan worden.

Als gevolg hiervan kunnen kruiscitaten - citeren over of tegen meerdere processen - samen met iteratieve prototyping een nuttig controleproces zijn voor een onderdeelontwerp. Door dit parallel te doen, kan worden aangetoond of het onderdeel zelfs maar functioneel zal zijn, en hoe het vervolgens met succes kan worden geconverteerd naar de volgende stap, naar een methode die productie in grotere volumes mogelijk maakt, of dat nu gieten, gieten, machinaal bewerken of plaatstaal is. fabricage of een ander proces. Deze multi-prototyping zal u waarschijnlijk ook helpen bij het bepalen van prijs- en tijdoverwegingen.

Bij spuitgieten kom je meer beperkingen tegen wat wel en niet gegoten kan worden, want als de mal niet geproduceerd kan worden, kan het onderdeel niet geproduceerd worden. Voor spuitgieten zullen veel giettechnieken en elementen moeten worden gebruikt of toegevoegd (zie het volgende gedeelte over manoeuvreren door gieten).

Een voorbeeld uit de lucht- en ruimtevaartindustrie van dit proces met meerdere offertes deed zich voor met de Lockheed Martin quadcopter-drone (zie zijbalkkader). De projectontwerper, Miguel Perez, een ingenieur van Lockheed Martin, werkte met het DFM-analysesysteem voor automatische offertes van Protolabs, dat hem door verschillende iteraties van onderdelen leidde en er uiteindelijk toe leidde dat hij overstapte van prototyping met 3D-printen naar zowel prototyping als productie in kleine volumes. met spuitgieten.

Hij zou een ongewijzigd model voorleggen aan het offertesysteem en vervolgens feedback krijgen, bijvoorbeeld over hoe de vormhelften zouden kunnen werken, voorgestelde zijdelingse trekbewegingen en hoogtepunten van functies die niet konden worden gevormd. Perez zou deze informatie vervolgens gebruiken om van het 3D-geprinte onderdeel meerdere vormbare interfacing-onderdelen te maken die de ontwerpintentie zouden behouden. Vervolgens diende hij de gewijzigde onderdelen opnieuw in en kreeg hij nog meer feedback van het offertesysteem over hoe de mal gemaakt zou kunnen worden, waarbij hij hem bijvoorbeeld liet zien waar hij mogelijk de vereiste schets in de juiste richtingen over het hoofd had gezien.

Een voorbeeld uit de medische industrie zijn de verificatietests die 3D-printen biedt voor een onderdeel zoals een Luer-lock, dat op het uiteinde van injectiespuiten wordt geschroefd en erop past. Er zijn bepaalde manieren om die sloten te vormen om kosten te besparen, maar ontwerpen kunnen eerst worden gevalideerd met 3D-printen, door ervoor te zorgen dat het voldoende vast zit om bijvoorbeeld een verzegeling te maken, voordat wordt aangenomen dat het goed genoeg functioneert om het verder te vormen. /P>

Uiteindelijk, afhankelijk van het onderdeel dat wordt ontworpen, kan het testen en gebruiken van meerdere prototypes u helpen controleren of iets zal werken en u helpen meer vertrouwen te krijgen in een prototype voordat u de sprong naar gieten maakt.

Manoeuvreren door vormen

Om die overgang te maken van geprinte prototypen naar gegoten onderdelen, moeten een aantal vormontwerpmethoden worden overwogen en, indien van toepassing, worden toegepast. De twee beste van deze technieken zijn uniforme wanddikte en diepgang, hoewel er ook verschillende andere zijn. Hier volgt een kort overzicht:

Uniforme wanddikte. Het handhaven van een uniforme wanddikte is waarschijnlijk de belangrijkste ontwerpvereiste voor het verkrijgen van goede gegoten onderdelen. Door een uniforme wanddikte kan het gesmolten plastic de mal gelijkmatig vullen, waardoor er geen onderdeel ontstaat met kromtrekken, zinken, dunne gebreide lijnen of andere defecten.

Concept. Door tocht of helling toe te voegen aan verticale wanden van een onderdeel, wordt het gemakkelijker om het onderdeel uit de mal te werpen of te verwijderen. De primaire regel is om 1 graad diepgang per inch diepte aan te brengen op de vormholte.

Straal. Gebruik radii of afgeronde hoeken om de stroom van plastic in de mal en de integriteit van het onderdeel te verbeteren. Scherpe hoeken verhogen de spanning van uw kant en belemmeren de stroom van het gesmolten plastic (hars).

Ribbing, inzetstukken, hellingen. Het opnemen van ribben en ondersteunende hoekplaten kan de sterkte van structurele onderdelen vergroten en kromtrekken, zinken en holtes helpen voorkomen. Ribben moeten 40 tot 60% van de dikte van de aangrenzende muur zijn. Hellingen in plaats van scherpe treden kunnen de spanning verminderen bij verschuivingen tussen dikkere en dunnere wandgedeelten.

Bazen. Het ontwerpen van een dunnere wand op een nok of bevestigingselement dat een schroef ontvangt, voorkomt verzakkingen en holtes.

Voor details over ontwerprichtlijnen voor spuitgieten, inclusief aanbevelingen voor onderdeelgrootte en materiaal, bekijk onze ontwerprichtlijnen voor kunststof spuitgieten, die maximale afmetingen bevatten, lijsten met veelgebruikte kunststoffen en oppervlakteafwerkingen, en aangepaste kleurafstemming en secundaire afwerkingsopties; ontwerprichtlijnen voor vloeibare siliconenrubber (LSR); en richtlijnen voor overmolding en insert molding.

Materiaaloverwegingen bij spuitgieten

De twee grote categorieën plastic materialen zijn thermoplasten en thermoharders (bijvoorbeeld LSR). Het kiezen van een materiaal is gebaseerd op verschillende overwegingen. De mechanische, fysische, thermische en elektrische eigenschappen van het materiaal zijn belangrijk. Produceerbaarheid is essentieel, zoals de kenmerken van de harsen (plastic materialen in hun ruwe vorm), inclusief hoe goed ze bestand zijn tegen vervorming tijdens het afkoelen en hoe goed ze kleine onderdelen van een mal vullen. Afhankelijk van de functie van het onderdeel kan het uiterlijk ook belangrijk zijn. Materiaalkosten zijn nog een ander probleem. Er kunnen ook andere speciale overwegingen zijn, zoals de behoefte aan FDA- of UL-classificaties.

Kosten en tijdlijnen beperken

Natuurlijk zijn de totale kosten en budgetten, samen met tijdlijnen en deadlines, ook belangrijke overwegingen. En in sommige gevallen kan het gevoel hebben dat vooral de kosten de grootste invloed hebben op de ontwikkeling van onderdelen of producten. Maar door meer betaalbare productiemethoden te gebruiken, zoals gieten, kunnen de kosten worden getemd.

In deze zin kan een naderende deadline ook aanvoelen als een top-influencer. Dankzij digitale productiemethoden die de productontwikkeling kunnen versnellen, kunnen de prototyping en productie van onderdelen en producten echter drastisch worden verkort.

Gus Breiland is senior technisch ingenieur bij Protolabs in Minnesota.

Eric Utley is applicatie-engineer bij Protolabs in North Carolina.