Versnelde castingprototyping:Eagle-legering levert snelle, hoogwaardige onderdelen met een laag volume

Wanneer tijd en flexibiliteit topprioriteiten zijn, biedt rapid prototyping voor gietstukken fabrikanten een snelle route naar het produceren van complexe gegoten onderdelen in kleine hoeveelheden. Bij de Eagle Group ondersteunt deze geavanceerde aanpak zowel de ontwikkeling van prototypen als de productie van kleine volumes, waardoor klanten hun ontwerpen kunnen verfijnen, de prestaties kunnen verifiëren en snel van concept naar productie kunnen gaan zonder de lange doorlooptijden die gepaard gaan met permanent gereedschap.

In dit artikel wordt uiteengezet hoe de rapid prototyping-workflow bij de Eagle Group functioneert – van digitaal modelleren tot printen en eindgieten – en hoe de integratie van 3D-geprinte zandvormen in ons airset-proces klanten een snel, aanpasbaar pad biedt voor productie in kleine volumes, iteratief ontwerp en restauratie van oudere onderdelen.

Rapid prototyping voor gietstukken is het gebruik van geavanceerde technieken om snel functionele fysieke prototypes te creëren – of de patronen, mallen of kernen die worden gebruikt om ze te maken – zonder traditioneel permanent gereedschap. Zoals de naam al doet vermoeden, is het belangrijkste onderscheid tussen rapid prototyping en traditionele prototyping snelheid:rapid prototyping levert sneller resultaten op. 

“We kunnen mogelijk binnen zes tot zeven weken monsters citeren met behulp van 3D-geprinte mallen, terwijl monsters van productietools veertien kunnen zijn, afhankelijk van de klant en wat zijn behoeften zijn”, zegt Jeff Cook van Eagle Alloy, die de snelheid van rapid prototyping vergelijkt met traditionele gietworkflows.

Bovenstaand:simulatie casten met MAGMA-software

Hoewel snelheid het bepalende voordeel is, is rapid prototyping niet één enkel proces, maar een reeks productiebenaderingen, elk geschikt voor verschillende ontwikkelingsstadia en soorten onderdelen. Bij de metaalproductie worden rapid prototyping-methoden grofweg gegroepeerd in drie categorieën:additief, subtractief en formatief.

Additive manufacturing, waaronder 3D-printen, is een van de belangrijkste technologieën die rapid prototyping mogelijk maakt. Omdat het snel functionele prototypes kan genereren, is het voordelig in projecten waarbij verwacht wordt dat ontwerpen zullen veranderen en flexibiliteit belangrijk is. Deze verkorte ontwikkelingscyclus maakt additive manufacturing tot een waardevolle technologie voor prototype- en gietprojecten in kleine volumes.

Additieve productie alleen is echter vaak niet in staat functionele metalen onderdelen volgens specificaties te leveren. Om gietstukken te leveren met vergelijkbare eigenschappen als die welke worden geproduceerd via shell moulding, airset casting of investment casting, werken gieterijen zoals de onze samen met specialisten op het gebied van additive manufacturing.

Eagle Alloy, de schaal- en luchtsetgieterij van de Eagle Group, maakt vaak gebruik van 3D-geprinte zandmallen voor snelle prototyping van gietstukken. We werken nauw samen met vertrouwde additievenpartners zoals Humtown Additive om 3D-geprinte zandvormen en -kernen naadloos te integreren in onze gieterijactiviteiten. Beginnend met een digitaal model van een onderdeel, creëren gespecialiseerde printers zandmallen en kernen door ze laag voor laag op te bouwen. Eenmaal geprint, wordt elke mal gereinigd, uitgehard en vervolgens afgeleverd bij Eagle Alloy voor het gieten en afwerken.

Deze gereedschapsloze aanpak is zeer geschikt voor klussen waarbij snelle iteraties nodig zijn of waarvoor slechts een klein aantal onderdelen nodig is. Het maakt ook interne kenmerken en ontwerpcomplexiteiten mogelijk die moeilijk (of soms onmogelijk) te realiseren zijn met traditionele methoden voor het maken van kernen.

Wanneer is rapid prototyping zinvol voor metalcasting?

Rapid prototyping is het meest effectief wanneer snelheid, flexibiliteit of ontwerpcomplexiteit belangrijke drijfveren zijn in een castingproject. Het proces is ideaal voor:

• Nieuwe ontwerpen of materialen testen voordat u zich toelegt op permanente tooling
• Het realiseren van een functioneel prototype zonder permanente investering in gereedschap
• Het produceren van kleine hoeveelheden (minder dan 100 stuks) zonder lange levertijden
• Snel herhalen wanneer ontwerpwijzigingen worden verwacht en flexibiliteit nodig is
• Gieten van onderdelen met complexe geometrieën , zoals meshes of overlappende interne kanalen
• Ontwikkelingscycli ontmoeten waarvoor korte doorlooptijden nodig zijn
• Gefabriceerde componenten omzetten in gegoten componenten wanneer vroege validatie nodig is vóór volledige productie
• Verouderde of moeilijk te verkrijgen onderdelen vervangen wanneer originele gereedschappen niet beschikbaar zijn of de kosten ervan te hoog zijn om te reproduceren

Dimensionale toleranties en gietdetails

De 3D-geprinte gietstukken van Eagle Alloy bereiken toleranties die vergelijkbaar zijn met ons standaard airset-proces. In het onderstaande diagram zijn deze prestatietoleranties samengevat.

Dimensionale toleranties

Lineair: ±0,045″ per inch
Hoekig: ±1 graad

Castingkenmerken

Oppervlakafwerking: 200-420 RMS
Minimale wanddikte: 0,250″ (6,35 mm)
Typische onderdeelgewichten: 2-400 pond
Typische rungroottes: 1-100 delen

Snelle prototypeprocesoverzicht

We werken samen met betrouwbare fabrikanten van additieven om zandvormen en kernen rechtstreeks vanuit de CAD-modellen van onze klanten te produceren en deze vervolgens te integreren in onze giet- en afwerkingsworkflow om stalen gietstukken met volledige dichtheid te creëren. In de onderstaande stappen wordt gedetailleerd beschreven hoe het rapid prototyping-proces bij Eagle Alloy zich ontvouwt.

1. Bespreking van projectdoelen met de klant
   Elke rapid prototyping-opdracht begint met een gezamenlijke discussie om inzicht te krijgen in de doelstellingen van de klant, de onderdeelvereisten en de verwachte prestaties. Of klanten nu een concept, een 2D-blauwdruk, een 3D-model of een bestaand onderdeel meebrengen dat reverse engineering nodig heeft, wij stemmen het proces af op de plek waar ze zich bevinden.
2. Beslissen over materiaal
   Zodra de doelstellingen van een project zijn gedefinieerd, werken onze ingenieurs samen met klanten om de meest geschikte legering te bepalen op basis van sterkte, duurzaamheid, gebruiksomgeving en kostenoverwegingen. Materiaalselectie in deze fase zorgt ervoor dat al het downstream ontwerp- en simulatiewerk is afgestemd op de prestatiebehoeften in de echte wereld.
3. Ontwikkeling van CAD-modellen, rechtstreeks van de klant of met hulp van ingenieurs van Eagle Alloy
   Klanten kunnen volledige 3D-bestanden, gedeeltelijke dimensionale informatie of alleen een fysiek monster aanleveren.
   • Voor 2D-afdrukken of dimensionale lijsten bouwt ons team een volledig 3D-model met behulp van CAD-software.
   • Als de klant een bestaand onderdeel levert in plaats van ontwerpspecificaties of blauwdrukken, moeten we dit reverse-engineeren. Met behulp van handgereedschap, draagbare laserscanners of CMM's verkrijgen de ingenieurs van Eagle Group dimensionale informatie en voeren deze gegevens vervolgens in CAD-software in om een 3D-model van het onderdeel te maken.
4. Poortontwerp via poortsimulatie
   Met behulp van geavanceerde stollingssimulaties zullen we de poorten en stijgbuizen ontwerpen en optimaliseren. Door simulatie kunnen we voorspellen hoe metaal een vormholte zal binnendringen en zich zal gedragen tijdens het afkoelen, waardoor we rekening kunnen houden met natuurlijke krimp en mogelijke defecten kunnen aanpakken voordat we gaan gieten.
5. Partnerondersteund 3D-printen van zandkernen/mallen
   Nadat het poortontwerp is gevalideerd, werken we samen met vertrouwde additieve productiepartners om precisiematrijs- en kerncomponenten te produceren met gebonden zand.
6. Assemblage van bedrukte mallen en kernen
   De 3D-geprinte matrijs en kerncomponenten worden ter montage aan onze gieterij geleverd. Ze worden bij Eagle Alloy gecombineerd met traditionele gietworkflows om een goede uitlijning, ontluchting en voorbereiding te garanderen, zodat de componenten tijdens het gieten naar behoren presteren.
7. Gieten met conventionele gietmethoden
   Nadat de mal is gemonteerd, wordt het onderdeel gegoten volgens de standaard gieterijpraktijken van Eagle Alloy. Operators controleren zorgvuldig de giettemperatuur, -snelheid en -hantering om te voldoen aan de parameters die tijdens de simulatie zijn vastgesteld en zorgen voor nauwkeurige stalen gietstukken die vrij zijn van porositeit en andere defecten.
8. Intern testen en valideren
   Elk prototype ondergaat een grondige evaluatie om de dimensionale en metallurgische integriteit te bevestigen. Onze inspectiemethoden omvatten:
   • Laserscannen voor een dimensionale vergelijking met hoge resolutie van het fysieke onderdeel met CAD
   • Magnetische deeltjestesten om discontinuïteiten aan het oppervlak en dichtbij het oppervlak te detecteren
   • Röntgeninspectie om interne defecten te identificeren en de uniformiteit van de muur te verifiëren
     

Wilt u meer weten over hoe wij gegoten producten ontwerpen met behulp van 3D-modellerings- en stollingssoftware? Bekijk onze speciale Gegoten producten ontwerpen blogpost.

Bovenstaand:3D-geprinte mallen en kernen in de Eagle Alloy-fabriek, klaar voor montage

Eagle Group Rapid Prototype-casestudy

Als je je afvraagt hoe deze workflow er in het echt uitziet, is ons PBR rapid prototyping-project een goed voorbeeld.

Eagle Alloy en Eagle CNC repliceerden een belangrijk onderdeel van een patrouilleboot uit het Vietnam-tijdperk met behulp van snelle prototyping en moderne giet- en machineproductie. Omdat er geen blauwdruk was en alleen een gecorrodeerd, kapot origineel onderdeel, moest het team het reverse-engineeren, te beginnen met 3D-scannen om een nauwkeurig digitaal model te maken.

Eagle Alloy ontwierp de mal, voerde stollingssimulaties uit en werkte samen met Humtown Additive om zandmallen in 3D te printen. Omdat het originele onderdeel (gemaakt van Ni-Hard-ijzer) in de loop van de tijd broos was geworden, kozen de ingenieurs van Eagle Group voor roestvrij staal voor grotere duurzaamheid en prestaties op lange termijn.

Nadat Eagle Alloy de nieuwe gietstukken had gegoten, werden de onderdelen verplaatst naar Eagle CNC, waar hun team aangepaste gereedschappen en zorgvuldige metingen tijdens het proces gebruikte om alle kritische kenmerken te bewerken en ervoor te zorgen dat de eindassemblage zou passen en functioneren zoals gepland.

Het resultaat? Een volledig opnieuw ontworpen roestvrijstalen onderdeel dat een historisch belangrijk marineschip weer tot leven bracht.

Lees hier de volledige casestudy.

Waarom de vraag naar Rapid Prototyping groeit

De vraag naar rapid prototyping groeit omdat het de noodzaak voor permanente tooling elimineert, snellere iteraties biedt met grotere flexibiliteit voor ontwerpwijzigingen, complexe functies en interne kanalen mogelijk maakt en de ontwikkelingstijden verkort. Deze workflow, waarbij gebruik wordt gemaakt van 3D-geprinte mallen en kernen, kan ervoor zorgen dat klanten binnen enkele weken in plaats van maanden gietstukken in handen krijgen. Rapid prototyping biedt klanten een manier om snelheid, ontwerpzekerheid en projectvereisten in evenwicht te brengen, waardoor het aantrekkelijk wordt, maar alleen voor projecten die aan de juiste criteria voldoen.

Snelle prototyping kan vooral waardevol zijn voor eenmalige, unieke of weinig geproduceerde componenten, waarbij de flexibiliteit en snellere doorlooptijd kunnen opwegen tegen de hogere kosten per onderdeel. Zoals Cook samenvat:“Monsters gemaakt van 3D-geprinte mallen zijn duurder, maar ze zijn sneller.” Rapid prototyping is echter niet kosteneffectief voor de productie van grote gietstukken, en veel gieterijen hebben moeite met het vinden van toepassingen voor de nieuwe technologie.

Bovenstaand:3D-geprinte mal vóór het inbrengen van de kern

Tegelijkertijd maakt de industrie volgens Brandon Lamoncha van Humtown Additive steeds meer gebruik van hybride workflows. “Wat we steeds vaker zien in de productie is dat het meer een hybride proces is”, zegt Lamoncha. “Een gieterij zal een patroon produceren om de buitenvorm van het gietstuk en de matrijs te creëren, maar de zeer complexe interne onderdelen – van een turbobehuizing tot een cilinderkop en kleplichamen voor lucht-, hydraulische of pneumatische systemen – die complexe geometrieën worden nu steeds vaker geproduceerd met behulp van 3D-printen en dat te combineren met een traditionele mal gemaakt van een patroon.”

Voor de meeste projecten die verder gaan dan de vroege ontwikkeling, leveren traditionele gietmethoden zoals shell moulding en investment casting nog steeds superieure nauwkeurigheid en consistentie, met veel lagere onderdeelkosten bij hogere volumes. Daarom is de meest effectieve aanpak vaak niet een of-of-beslissing, maar een zorgvuldige evaluatie van hoe snelle prototyping en traditionele methoden kunnen worden toegepast (individueel of samen) op basis van de tijdlijn van een project, de ontwerpcomplexiteit en de kwantiteitsbehoeften.

Waarom een ervaren gieterij belangrijk is voor snelle prototyping

Samenwerken met een bekwame gieterij levert end-to-end gietexpertise op die het hele traject van ontwerp tot productie stroomlijnt. Klanten werken rechtstreeks met ons samen omdat we onze snel geproduceerde gietstukken aan dezelfde standaard houden als onze schaalgietstukken. Het is onze belofte om gegoten onderdelen volgens specificaties te leveren, met gebruikmaking van de best mogelijke productiemethode voor elk project.

Hoe Eagle Alloy uw project ondersteunt, van begin tot oplevering

Lamoncha, die regelmatig samenwerkt met Eagle Alloy aan 3D-geprinte gietprojecten, vat het verschil samen dat een ervaren gietteam kan maken:"We krijgen klanten die een idee op een stuk papier hebben, en we kunnen het helemaal van een servettenschets, een 2D-print of een 3D-model tot aan het gieten brengen. Maar de tijd vanaf het moment dat je over een project begint te praten tot het moment dat je iets in handen krijgt, kan weken of maanden duren."

“Als je met Eagle werkt,” vervolgt Lamoncha, “ontvangt Humtown het tegenovergestelde van Napkin Sketches. Humtown ontvangt complete technische datapakketten met alle spelingen, krimp per voet en andere gieterij-overwegingen, klaar om te printen, waardoor het proces en de workflow zoveel sneller worden.”

Bij Eagle Alloy bieden we niet alleen toegang tot 3D-geprint gietwerk voor snelle gietopdrachten, maar bieden we ook een hoog niveau van giet- en engineeringexpertise voor elk project. Onze ingenieurs beoordelen of rapid prototyping het beste past bij uw tijdlijn, ontwerpcomplexiteit en kwantiteitsbehoeften, en we bieden vroegtijdige begeleiding om gietproblemen en dure herontwerpen te voorkomen. Of u nu van prototype naar productie gaat of van gelaste fabricage naar gegoten componenten, wij begeleiden u door het proces en zorgen voor een soepele overgang naar volledige productie.

Vraag een offerte aan of neem contact op met ons team om het gesprek te beginnen.