Giteerei Innovatie: Productontwikkeling Versnellen met 3D Printen

Hoe gietereien 3D-printers gebruiken voor snelle productontwerp

Productontwikkeling is een opwindend ontdekkingsproces. Investeren in nieuwe producten toont een bedrijfs toewijding aan de behoeften van klanten. Onderzoek en ontwikkeling kan lang duren, iteraties van bouwen en aanpassen van modellen en prototypes. Het kost tijd te leren wat werkt – en wat niet. 3D-printen is een erg nuttig hulpmiddel om het ontwerp van veel geproduceerde goederen, inclusief metalen producten, te versnellen.

Waarom Prototypen?

Prototypen is een essentiële fase in productproductie, die de significante kloof tussen theoretisch ontwerp en het eindwerkende product overbrugt. Het geeft productontwerpers de kans om met echte modellen te werken en ervan te leren. Het stelt hen in staat om nieuwe ideeën te testen en te proberen, met het doel om te verbeteren en te verfijnen tot een eindproduct.

Bij het ontwerpen van een nieuw product, kunnen vorm en functie in verschillende stadia getest worden. Sommige prototypes worden puur geproduceerd om grootte en uiterlijk te onderzoeken. Andere kunnen ontworpen worden om specifieke kenmerken voor functie en pasvorm te testen.

Wat Je Moet Weten Over Snel Prototypen

Er zijn diverse standaard prototypes. Traditioneel zijn de meest basale prototypes mockups van papier, hout, of schuim gecreëerd door ambachtslieden van tekeningen of digitale ontwerpen. Verder prototypestadia kunnen gemaakt worden, van doorlopende complexiteit, tijdens het ontwerpproces. Voordat een productieloot gelanceerd wordt, doen fabrieken een testrun, een productieprototype creërend om de kwaliteit van het product te evalueren en het proces in de fabriek te beoordelen.

Snelle prototypes verbeteren de bruikbaarheid en efficiëntie van veel van de eerste prototypestadia. Omdat ambachtslieden traditioneel mockups deden, en productieprototypes meestal aangepaste tooling vereisten, was prototypen over het algemeen traag en duur. In staat te zijn om prototypes op de vlucht te printen en aan te passen, kan deze iteratieve ontwerpstadia aanzienlijk verkorten. In sommige gevallen kan een plastic prototype gebruikt worden om het productieproces te stroomlijnen. Gietmethoden vereisen met name het gebruik van een model en/of vorm, wat duur kan zijn – en alleen gerechtvaardigd wanneer grootschalige productie opbrengst op investering genereert – en het creëren van modelmockups op een 3D-printer kan een ontwerper toelaten issues op te sporen voordat men overgaat tot grotere schaal hout of metaal.

Natuurlijk zijn deze prototypes geen productieprototypes. Het substitueren van plastic voor metaal tijdens deze periode betekent dat er sommige metaaleigenschappen zijn die niet gecheckt kunnen worden. Een stootpaal in volle grootte in plastic printen op een 3D-printer is ook, op per-eenheid niveau, ver duurder dan er een gieten. Echter, modellen op schaal printen geeft ontwerpers iets wat ze kunnen onderzoeken en manipuleren, en eventuele wijzigingen die daaruit voortkomen vereisen niets meer dan een aanpassing aan het digitale CAD-bestand en een snelle herprint.

Veel prototypes worden ook op kleinere schalen en/of met minder detail geproduceerd dan het eindproduct. Terwijl ze slechts een deel of aspect van het eindontwerp vertegenwoordigen, kunnen ze nog waardevol zijn om beslissingen vroeg in de ontwerpfase te maken – in plaats van later wanneer het duurder wordt om te verfijnen.

Snel Prototypen met 3D-Printers

Snel prototypen via 3D-printen gebruikt additieve productietechnologieën. Digitale ontwerpen, of CAD-modellen, worden typisch "gesneden" door het computeralgoritme in vele minuten horizontale lagen, die dan één voor één geprint worden.

3D-printen bestaat al in verschillende vormen sinds de jaren '70 en '80, maar pas recent is het geëvolueerd om nuttig te zijn op commerciële schaal. Hoewel er beperkingen zijn, evolueert de technologie snel. De meest geavanceerde 3D-printers kunnen meerdere materialen met variërende eigenschappen en kleuren printen. Direct Metal Laser Sintering (DMLS) printers kunnen zelfs metalen producten printen.

Groottebeperkingen en oppervlaktekwaliteit van 3D-geprinte prototypes zijn de afgelopen jaren sterk verbeterd, wat ze met name nuttig maakt voor ontwerpers tijdens ze door de initiële ontwikkelingsfasen itereren.

Metaalonderdelen Maken met 3D Printen

Zullen DMLS printers de metaalgiet- of bewerkingsindustrieën uitdagen? De 3D-industrie is dynamisch, met nieuwe ontwikkelingen aangekondigd bijna elke dag. Grootschalige projecten, zoals de 3D-geprinte brug door MX3D in Amsterdam, tonen aan dat er veel potentieel zit in zelfs structurele productie. Toch is deze vorm van printen niet in concurrentie met traditionele metaalfabricage. Zelfs met deze ontwikkelingen, is 3D-printen meer geneigd om traditionele metaalfabricage op grote schaal in de komende decennia te verbeteren dan te vervangen – zelfs Amsterdam's brug is bevestigd met traditioneel rauwe staal dat ondersteuning biedt op het dek.

3D metaalprinten is niet over het algemeen gieten en lagen van vloeibare metalen, natuurlijk. Vandaag de dag printen technologieën metaal door een metaalpoeder in een niet-metaalmatrix te incorporeren die verhit en in vorm gepijpt wordt. In sommige processen (hoewel niet voor de brug bovenaan) wordt het metaal dan verhit zodat de matrix verdampt.

Dit geprint metaal kan meer sterkte bieden dan plastic, maar kan niet de brede reeks mogelijke legeringen bieden die beschikbaar zijn in een traditionele gieterei. De ongelooflijk hoge hitte en gecontroleerde afkoelcondities die nodig zijn voor veel specifieke graden staal en ijzer betekenen dat werken om de ene graad vs. de andere te bereiken een tricky balans is van temperatuur en druk. Verder kan metaalspanning veroorzaakt worden als een deel van een gietstuk sneller afkoelt dan een ander – en moet gecontroleerd worden op de plaats van een las. 3D-printen bouwt een object op door lagen in volgorde te depositeren: zelfs als dit mogelijk was met traditioneel nabij-vloeibaar staal vereist voor sommige ferrode legeringen, zouden de spanningen veroorzaakt door verschillende afkoelniveaus de eigenschappen van het metaal fundamenteel veranderen vergeleken met een volledig gegoten stuk.

Toch is het materiaal geprint door metaalprinters dichter bij staal dan plastic. Opwindend, voor de gieterei, kan deze metaalprinttechnologie ergens in de toekomst functionele testen van een snel prototype toelaten. Misschien kan een metaalonderdeel goedkoop geprint worden en onder relatieve spanning gezet, en dan aangepast via het productieproces.

Snel Prototypen voor de Gieterei, Vandaag

Gietapparatuur en technieken zijn verbeterd door eeuwenlang leren en ontwikkeling. Zandgieten geeft fabricanten veel controle over het gedrag van metaal in de vloeibare en afkoelende toestanden, wat de mechanische eigenschappen van het metaal verandert. Metaal anders behandeld door het gietproces kan gekristalliseerd worden in verschillende vormen, elk van welke voor additionele eigenschappen bewerkt kan worden. Dit verklaart het bereik aan mechanische eigenschappen beschikbaar voor een klant door metaalgieten.

Toch heeft het maken van patronen voor deze gietstukken arbeidszame handgesneden houten patronen betekend om in het zand te vormen. Deze patronen moeten gecreëerd worden zonder plekken waar metaal "pools" en daarom langzamer afkoelt, wat interne spanning op het onderdeel creëert. Ze moeten glad genoeg zijn om uit het zand te trekken waarin ze indrukken. Het creëren van een geprint object kan de ontwerper en de gieterei toelaten wijzigingen aan het object te overwegen die helpen bij het creëren van het meest efficiënte, best gevormde model voor het project.

Verliesgieten is een veelzijdig ideaal proces voor hoge-volume productie – met name voor complexe ontwerpen en waar oppervlaktekwaliteit belangrijk is. Bij verliesgieten wordt meestal een vorm gemaakt om waspatronen te produceren, die dan gecoat worden om keramische vormpjes te vormen. Waspassen smelten gemakkelijk weg, waardoor vormholtes klaar zijn voor vloeibaar metaal.

Vormen kunnen duur zijn om te produceren, wat de eenheidskosten significant kan verhogen vroeg in de ontwerpfase. Wat veel fabricanten doen is 3D-printen van waspatronen voor prototypes – de noodzaak voor aangepaste vormen eliminerend. Ontwerpers hun onderdeel kunnen reviewen en werken naar een definitieve versie voordat ze committen aan duurdere tooling voor langlopende productie. Printen van patronen is ook economischer voor korte runs en eenmalige producties. In verliesgieten kunnen 3D-printers daarom het eindpatroon voor gebruik creëren.

Een Snel Prototypen Revolutie

3D-printen is een revolutie in metaalgieten, zelfs als het traditionele metaalfabricage niet vervangt. Traditionele sectoren zijn alleen gelimiteerd door hun verbeelding bij het overwegen hoe de toekomst van deze snel ontwikkelende technologie traditionele productiepraktijken kan verbeteren. De besparingen beschikbaar in prototypen staan meer tweaks en veranderingen toe, extra iteraties voordat men in volle-schaal productie gaat. Wat er ook komt in de toekomst van 3D-printen, het zal zeker een nuttig hulpmiddel zijn voor al die ontwerpers die de beste producten voor hun klanten willen creëren.