Чи витримає надрукований на 3D штамп металевий штамп після вашого виробництва?

Що насправді таке 3D-друкований металевий штамп

Уявіть, що ви пропускаєте тижні обробки з ЧПК і натомість друкуєте точну геометрію матриці, яка вам потрібна, за ніч. Цей сценарій викликає серйозний інтерес до добавкивиготовлення штампувального інструменту, від гаражних майстерень, де формують алюмінієві кронштейни, до автомобільних дослідницьких лабораторій, де штампують-надвисокоміцну сталь.

Але сам термін може означати дуже різні речі залежно від того, кого ви запитуєте. Отже, давайте чітко обґрунтуємо це, перш ніж заглиблюватися.

Що таке металева матриця для 3D-друку

Штамп для металевого штампування з 3D-друком – це формувальний інструмент, виготовлений за допомогою адитивного виробництва - або з технічних полімерів, або металевих порошків -, призначений для формування деталей з листового металу під дією тиску, замінюючи або доповнюючи інструменти, оброблені звичайним способом.

Це визначення охоплює широкий спектр. З одного боку ви знайдете любителів і команди прототипів, які друкують полімерні матриці з таких матеріалів, як PLA, нейлон або композити з вуглецевого -волокна, на настільних машинах FDM. Ці 3D-друковані матриці з листового металу добре працюють для-формування тонкого алюмінію або міді з низьким зусиллям. З іншого боку, промислові користувачі виготовляють фактичні металеві матриці за допомогою процесів сплавлення в шарі лазерного порошку -, які зазвичай називають DMLS або SLM -, використовуючи порошки інструментальної або мартенситно-стареючої сталі. Як пояснює Protolabs, DMLS і SLM — це, по суті, одна й та сама технологія злиття шарів лазерного порошку, незважаючи на різні абревіатури; обидва повністю розплавляють металевий порошок шар за шаром для створення щільних функціональних деталей.

Ця різниця має значення, оскільки матриця з полімерного листового металу та металева-надрукована виконують принципово різні ролі. Полімерні матриці служать інструментами швидкого формування для перевірки геометрії та малих тиражів. Металеві 3D-штампи функціонують як виробничі-вставки, які можуть штампувати тисячі деталей. Дослідження в Університеті Окленда, наприклад, протестували металеві вставки з 3D-друком із покриттям у порівнянні зі вставками з традиційної інструментальної сталі D2.штампування 50 000 деталей із надвисокоміцної сталі DP980 товщиною 1{3}}мм-- і обидва показали хороші результати без значних подряпин на сформованих зразках.

Чому адитивний інструмент набирає популярності

Традиційне виготовлення штампів передбачає кування заготовки, а потім видалення значної частини матеріалу за допомогою обробки з ЧПК - дорогий і трудомісткий-процес, особливо для складних геометрій. Адитивне виробництво перевертає це рівняння. Ви будуєте лише ту геометрію, яка вам потрібна, шар за шаром, усуваючи більшість матеріальних відходів.

Переваги виходять за рамки економії матеріалів. За словами Томаса Еберіуса зАахенський центр адитивного виробництва, AM призводить до покращення тривалості циклу та зменшення споживання енергії, допомагаючи виробникам збільшити обсяг виробництва та швидше виводити продукти на ринок. За його оцінками, ця технологія може охопити 50-60% німецького ринку інструментів у міру розвитку стратегій впровадження, а інші регіони Європи, Азії та Північної Америки рухаються подібною траєкторією.

Для невеликих команд привабливість ще більш безпосередня. 3D-принтер для інструментів усуває потребу в аутсорсингу простих пресових інструментів для формування металу, скорочуючи час виконання з тижнів до годин. Незалежно від того, перевіряєте ви геометрію штампованої деталі перед тим, як почати виробництво інструментів, чи запускаєте невелику партію формованих компонентів, адитивні інструменти пропонують швидший шлях.

Цей посібник охоплює весь спектр - полімерних настільних штампів для 3D-формування листового металу для любителів через промислові металеві-друковані вставки, розраховані на десятки тисяч звернень. Справжнє питання полягає не в тому, чи працює технологія. Це те, який підхід відповідає вашим конкретним вимогам до матеріалу, обсягу та якості.

Технології 3D-друку, що використовуються для штампів

Який адитивний процес фактично виробляє матрицю, яка може витримувати сили формування без тріщин при першому ударі? Відповідь залежить від того, чи потрібен вам aінструмент швидкого 3D-формуваннядля кількох деталей або міцної металевої матриці, яка витримує тисячі циклів пресування. Ці потреби задовольняють дві різні категорії технологій, які принципово відрізняються.

Технології полімерного 3D-друку інструментів для формування

3D-друк-на основі полімерів забезпечує найшвидший шлях від файлу CAD до функціонального інструменту для штампування. У цьому просторі домінують два процеси:

FDM (моделювання плавленого осадження)розплавляє термопластичну нитку через нагріте сопло, шар за шаром осаджуючи його. Для штампів такі матеріали, як нейлон, ABS, PETG і армовані вуглецевим -волокном-композити, забезпечують міцність на стиск, необхідну для формування тонкого-листового металу. якЗазначає The Fabricator, FDM забезпечує найкращий баланс вартості, швидкості, міцності та доступності інструментів для формування. Ви можете зміцнити друковані інструменти за допомогою вбудованих металевих пластин, дюбелів або болтів, і отримати спеціальний штамп, готовий за години, а не за дні.

Компроміс? Частини FDM є анізотропними - сильнішими вздовж ліній шару (осі X і Y), але слабшими вздовж них (вісь Z). Орієнтація друку має величезне значення для тривимірних інструментів для формування листового металу. Вирівняйте найсильніший напрямок із віссю, яка приймає формувальне навантаження, і ви значно продовжите термін служби матриці.

SLA (стереолітографія)використовує ультрафіолетовий лазер для затвердіння рідкої смоли, виробляючи деталі з винятковою обробкою поверхні та жорсткими допусками (±0,05–0,13 мм відповідно до порівняння процесу MakerStage). Ця якість поверхні передається безпосередньо на ваші сформовані деталі. Однак більшість смол SLA стають крихкими під дією повторюваних стискаючих навантажень, що робить їх погано підходящими для штампування, яке передбачає удар або велику вантажопідйомність. Угода про рівень обслуговування найкраще підходить для тиснення з низьким -напруженням або одноразової-перевірки геометрії, де деталі поверхні важливіші за довговічність.

Технології 3D-друку металу для виробничих штампів

Коли полімер не витримує діючих сил, в справу вступає виробництво з додаванням металу. Ці процеси виробляють повністю щільні металеві матриці, здатні до реальної виробничої роботи.

DMLS/SLM (лазерне злиття порошкового шару)використовує високо-потужний лазер - зазвичай від 200 до 1000 Вт - для повного розплавлення металевого порошку в камері інертного газу, створюючи матрицю шар за шаром із роздільною здатністю 20–60 мкм. Як пояснює Содік, DMLS і SLM — це, по суті, однаковий клас технологій - відмінності в назвах є здебільшого історичними. Сучасні системи досягають щільності понад 99,5%, виробляючи матриці з механічними властивостями, які відповідають або перевершують еквіваленти кованих виробів. Для виробників інструментів LPBF підтримує такі інструментальні -матеріали, як H13, мартенситно-старітна сталь та інконель, і забезпечує складні внутрішні елементи, які неможливо обробити звичайним способом.

Струйне сполучневикористовує швидший, але менш прямий підхід. Замість порошку для лазерного-наплавлення він шар за шаром наносить рідкий зв’язувальний агент, утворюючи «зелену» деталь, яка потім проходить роз’єднання та спікання в печі. Етап друку є швидким, а машини коштують менше. Компромісом є вища пористість і потенційна розмірна усадка під час спікання, що ускладнює утримання вузьких допусків. Для штампувальних штампів, які вимагають багаторазових ударів із високою-силою, струменеве в’яжуче загалом не вдається без значної подальшої-обробки.

Метал FFF (осадження зв'язаного металу)екструдує метало-полімерну композитну нитку, потім роз’єднує та спікає деталь у твердий метал. Системи від Desktop Metal і Markforged працюють у стандартних цехових умовах без сипучого порошку чи інертного газу. Деталі коштують у 5–10 разів дешевше, ніж DMLS для порівнянних геометрій, хоча щільність (96–99%) і допуск нижчі. Що стосується 3D-принтера для інструментів за доступною ціною, Metal FFF пропонує практичний вихід на виробництво металевих штампів для мало{9}}об’ємного штампування.

Кожна технологія займає окрему зону в спектрі вартості-порів-довговічності. Правильний вибір залежить не від того, який процес звучить найбільш вражаюче, а більше від того, який листовий метал ви формуєте, скільки деталей вам потрібно та яку якість поверхні вимагає ваша заявка - фактори, які зводяться до вибору матеріалу.

Критерії вибору матеріалу для 3D-друкованих штампів

Вибір технології 3D-друку — це лише половина рівняння. Матеріал, який ви подаєте в цю машину, визначає, чи витримає ваш кубик десять ударів чи десять тисяч. Замість того, щоб сортувати варіанти за брендом або моделлю принтера, доцільніше впорядкувати їх за тим, що насправді вимагає ваша програма: яку силу має протистояти матриця, яка якість поверхні вам потрібна на сформованій частині та скільки деталей ви плануєте штампувати.

Варіанти полімерних матеріалів та їх межі

Полімерні матриці працюють як швидке формування листового металу, коли зусилля залишаються низькими, а обсяги залишаються малими. Кожен матеріал має різний рівень продуктивності:

PLAє найпростішою для друку та найжорсткішою звичайною ниткою з міцністю на розрив 50–60 МПа та модулем пружності 3,5 ГПа. Ця жорсткість допомагає йому тримати форму під навантаженнями на стиснення. Заковика? PLA є крихким - він тріскається, а не деформується - і розм’якшується приблизно за 55 градусів. Тепло тертя від повторюваних циклів пресування швидко погіршує його. Використовуйте його лише для однозначних-розрядів виробництва тонкої алюмінієвої або мідної фольги.

ABSМіняє сиру міцність (35–40 МПа на розтяг) на кращу в’язкість і більш високу температуру відхилення при нагріванні близько 95 градусів. Він поглинає удари, не тріскаючись, як це робить PLA, що робить його більш вибачливим при повторних навантаженнях формування. Розумний вибір для легких-металевих прес-матриць, які витримують скромні виробничі цикли.

PETGрозташований між PLA та ABS - жорсткіший за ABS із модулем пружності приблизно 2,0–3,0 ГПа, міцніший за PLA та зручний для друку. Його теплове відхилення на 70 градусів робить його придатним для матриць, які не зазнають значного нагрівання тертям.

Нейлон (PA6/PA12)це робоча конячка для функціональних полімерних інструментів. Завдяки міцності на розрив 60–80 МПа, відмінній ударостійкості та тепловій деформації понад 120 градусів, нейлон справляється з повторними циклами стиснення набагато краще, ніж PLA або ABS. Само-змащувальна поверхня зменшує тертя об листовий метал. Недоліком є ​​поглинання вологи - висушіть нитку перед друком, інакше матриця буде поганою.

Вуглецеві-волокнисті композити (CF-нейлон)штовхайте полімерні матриці до стелі. Жорсткість стрибає до 6–10 ГПа, міцність на розрив досягає 80–100+ МПа, а тепловий прогин досягає 150–160 градусів. Ці композитні матриці протистоять деформації під навантаженнями, які можуть розчавити стандартний нейлон. Для друку вони потребують сопла із загартованої сталі та коштують значно дорожче, але для формування м’якої сталі приблизно до 0,6 мм вони є верхньою межею того, з чим можуть працювати полімерні штампи для формування металу.

SLA смолиперевершує обробку поверхні, а не довговічність. Жорстка смола 10K досягає міцності на розрив 88 МПа та жорсткості 10 ГПа, але її надзвичайна крихкість (з надрізом за Ізодом лише 20 Дж/м) робить її схильною до тріщин-під час повторного штампування. Резервні матриці SLA для тиснення, карбування або одноразової-перевірки геометрії, де деталі поверхні передаються безпосередньо на сформовану деталь.

Вибір металевого порошку для міцних штампів

Коли полімер не може витримати вплив сил, металеві порошки, надруковані за допомогою лазерного сплавлення порошкового шару або осадження зв’язаного металу, забезпечують виробничий{0}}інструмент. Матеріальний ландшафт тут безпосередньо відображається на традиційній штампованій сталі:

Мартензитна сталь (MS1/18Ni-300)є найпоширенішим вибором для друкованих штампів. Після термічної обробки -зміцнення він досягає твердості 50–55 HRC із відмінною міцністю. Він легко обробляє та -ерозійно-роздруковує-післядрук, що робить його практичним для штампів, які потребують жорстких допусків на поверхню. Мартензитно-старенова сталь підходить для середнього- та-великого-штампування м’якої сталі та алюмінію.

Інструментальні сталі (Н13, Н11)забезпечують зносостійкість, знайому будь-якому майстру інструментів.H13 і H11 поєднують високу міцність і чудову стійкість до корозії, що робить їх ідеальними для гарячих -робот або штампів для формування абразивних високоміцних-сталей. Друк H13 вимагає ретельного термічного керування, щоб запобігти розтріскуванням, але отримана матриця працює порівнянно з її кованим еквівалентом.

Нержавіюча сталь (316L, 17-4 PH)забезпечує стійкість до корозії та хороші механічні властивості за нижчої вартості, ніж інструментальні сталі. 17-4 PH, ступінь-загартування, досягає твердості до 40 HRC після термічної обробки. Він добре підходить для формування нержавіючого листа або роботи в корозійних середовищах, хоча його зносостійкість поступається спеціальним інструментальним сталям для великих-об’ємів тиражів.

Інконель (718/625)справляється з екстремальними умовами - високо-штампування, формування листів суперсплавів або застосувань, пов’язаних із корозійним середовищем. Його висока -міцність і стійкість до корозії- роблять його життєздатним там, де інші види сталі розм’якшуються або піддаються корозії. Компромісом є вартість і оброблюваність; Інконельні матриці дорогі для друку та важкі для обробки.

Відповідність матеріалу вимогам застосування

Замість того, щоб за замовчуванням вибирати найсильніший або найдешевший варіант, підберіть матеріал до ваших чотирьох ключових факторів прийняття рішення. Використовуйте цей контрольний список як початкову основу:

• Сила формування менше 5 кН, тонка алюмінієва або мідна фольга:PLA або PETG (найнижча вартість, найшвидше виконання)
• Сила формування 5–20 кН, м’яка сталь до 0,6 мм:Нейлон або CF-нейлонові композити (найкраще співвідношення міцності-до-вартості в полімері)
• Обробка поверхні критична, дуже низький обсяг:SLA Rigid 10K Resin (передає дрібні деталі, одноразове-використання)
• Сила формування понад 20 кН, середній---великий об’єм:Мартензитна сталь або інструментальна сталь H13 (виробнича-клас міцності)
• Корозійне середовище або формування нержавіючого листа:17-4 PH нержавіюча сталь або інконель (хімічна стійкість без втрати твердості)
• Обсяг виробництва до 100 деталей:Полімерні матриці пропонують найкращу цінову перевагу
• Обсяг виробництва 100–10 000 деталей:Металеві-друковані штампи стають економними, якщо враховувати частоту заміни
• Обсяг виробництва понад 10 000 деталей:Оцініть металеві-друковані штампи порівняно зі звичайними машинними інструментами на основі-частини

Майте на увазі, що вибір матеріалу безпосередньо визначає, скільки прослужить ваш кубик і як він остаточно вийде з ладу. Нейлонова матриця CF-може виготовити 200 ідеальних деталей до того, як знос поверхні погіршить якість, тоді як матриця з мартенситно-стареючої сталі зберігає допуск на 50 000 циклів. Ці відмінності в термінах експлуатації - та конкретні режими відмови, які їх викликають -, визначають, чи був ваш вибір матеріалу правильним для майбутнього виробництва.

Сумісність листового металу з інструментами, надрукованими на 3D

Ваші матеріали розповість лише половину історії. Друга половина? Те, що ви насправді формуєте. Нейлонова матриця з вуглецевого-волокна, яка проходить через алюміній товщиною 0,5 мм, трісне під час першого зіткнення з нержавіючої сталлю товщиною 1,0 мм. Сам листовий метал - його твердість, товщина та еластичність - визначає, чи буде 3D-друкована матриця практичним інструментом для формування листового металу чи рецептом для втрати часу та зламаного пластику.

Як твердість листового металу впливає на здійсненність матриці

Твердість визначає, якій силі чинить опір лист під час формування, і ця сила передається безпосередньо у вашу матрицю. М’які метали, такі як мертва-м’яка мідь і алюміній серії 1100-, мають тиск близько 35–70 МПа. М'яка сталь (AISI 1018/1020) стрибає до 250–350 МПа. Нержавіюча сталь (304/316) має межу текучості 200–290 МПа в стані відпалу, але значно вищі показники-зміцнення, що збільшує навантаження під час формування. Високо{18}}сталі -, такі як DP980 і борні сталі, які використовуються в автомобільній промисловості, досягають межі міцності понад 600 МПа.

Що це означає для вибору матриці? Полімерна матриця може витримувати навантаження формування, створювані м’яким алюмінієм, тому що лист прогинається до того, як матриця зазнає небезпечної напруги стиску. М’яка сталь потребує значно більших зусиль для деформації, підштовхуючи полімерні матриці до межі навантаження навіть при тонких калібрах. Нержавіюча сталь і високо-сталі створюють сили формування, які перевищують здатність полімеру до стиснення майже в будь-якому практичному сценарії.

якФабрикатор пояснює, м’які сталі та м’який алюміній є набагато більш пластичними, ніж високо{0}}міцні матеріали, що безпосередньо впливає на сили формування та мінімальні радіуси вигину. Більш високий вміст вуглецю в сталі або більша твердість в алюмінії знижує пластичність і здатність до формування, збільшуючи необхідну силу і мінімальний радіус, який можна отримати. Саме це збільшення сили штовхає вас від полімерного інструменту до металевих-друкованих або звичайних штампів.

Вимірювальна товщина і формування силових співвідношень

Товщина збільшує вимоги до сили не-лінійно. Збільшення товщини листа вдвічі не просто подвоює тоннаж -, а приблизно вчетверо збільшує його для операцій згинання, оскільки формування масштабів сили з квадратом товщини матеріалу в більшості рівнянь формування металу пресом. Полімерна матриця, яка зручно формує алюміній товщиною 0,5 мм, може катастрофічно вийти з ладу на 1,5 мм того самого матеріалу, навіть якщо тип металу не змінився.

Ось практичний спосіб подумати про це. Розміри листового металу, які зазвичай використовуються для штампування, варіюються приблизно від 0,005 до 0,249 дюйма (приблизно від 0,13 до 6,3 мм). На тонкому кінці сили формування залишаються досить низькими для полімерного інструменту на більшості металів. Зрештою, навіть алюмінієва пластина потребує сил, які можуть витримати лише металеві-надруковані або загартовані сталеві матриці.

Критичний поріг для полімерних матриць FDM, як правило, становить близько:

• Алюмінієві сплави:до 1,0–1,5 мм (залежно від твердості сплаву та складності геометрії)
• Мідь і латунь:до 0,8–1,0 мм
• М'яка сталь:до 0,5–0,8 мм (з високо-композитними нитками)
• Нержавіюча сталь:як правило, це неможливо з полімерними матрицями, незалежно від щільності заповнення

Поза цими пороговими значеннями сили стиску та зсуву під час формування перевищують те, що може витримати навіть 100% заповнений вуглецевий-волокнистий нейлон без пошкодження поверхні чи розшарування шару. Ви помітите, що матриця почне деформуватися ще до того, як лист зробить - явну ознаку того, що ви перевищили можливості інструменту.

Весняні-стратегії компенсації

Кожна сформована металева частина повертається назад до своєї первісної плоскої форми, коли сила натискання відпускається. Пружинна-назад — це вивільнення пружної деформації, яка залежить безпосередньо від межі текучості матеріалу. М’який алюміній може відкинутися на 1–2 градуси при простому згині, тоді як нержавіюча або високоміцна сталь може відкинутися на 5–10 градусів або більше за однакової геометрії.

Для 3D-друкованих штампів компенсація-назад пружини означає надмірне-згинання -, що формує штамп для формування аркуша за його цільовим кутом, щоб він розслабився назад у правильне положення. Заготовка з листового металу з 2-ма градусами пружини-потрібний кут пуансона принаймні на 2 градуси гостріший, ніж цільовий, щоб врахувати це пружне відновлення. Коли радіус збільшується відносно товщини матеріалу, пружина-збільшується ще більше, іноді значно.

Стратегії компенсації відрізняються залежно від типу матриці:

• Полімерні матриці:Оскільки вони дешеві та швидко друкуються, ви можете швидко повторювати. Роздрукуйте, сформуйте, виміряйте кут-назад пружини, потім налаштуйте модель CAD і надрукуйте повторно. Цей підхід методом проб-і-помилок працює добре, оскільки кожна ітерація вимагає мінімум часу та матеріалів.
• Металеві-друковані штампи:Спершу використовуйте полімер, щоб отримати компенсацію-звороту, а потім перейдіть до металевого друку з виправленою геометрією. Переробка металевої-друкованої матриці коштує дорого, тому важливо визначити правильний кут заздалегідь.
• Матеріали з високою -текучістю-:Розглянемо рельєфну геометрію матриці з кутами 78 або 73 градуси, які дозволяють глибше проникнути пуансон, щоб подолати пружину-назад без перешкод між гранями матриці та матеріалом.

Напрямок волокон листового металу також впливає як на силу формування, так і на-пружину. Формування з зерном (поздовжнє) вимагає меншої сили згину, оскільки пластичність легко розтягується в цьому напрямку, але поздовжнє згинання збільшує ризик розтріскування поверхні та вимагає більшого радіуса згину. Формування поперек зерна (поперечне) збільшує тоннаж, але допускає менші радіуси. Розробляючи 3D-друковану матрицю, перевірте, чи будуть ваші заготовки орієнтовані відповідно до зерна чи проти неї, і відповідним чином визначте розмір радіуса матриці та кут компенсації.

Будьте чесними з собою, читаючи цю таблицю. Записи «Marginal» означають, що успіх значною мірою залежить від простоти геометрії, параметрів друку та швидкості формування. Неглибока форма каналу з м’якої сталі 0,5 мм за допомогою CF-нейлонової матриці? Можливо, з консервативними параметрами. Глибока тяга на тому самому калібру? Комір не виживе. Для нержавіючої сталі та високо{6}}міцних матеріалів потрібен метал-друкований або звичайний інструмент - відсутність візерунка заповнення чи трюку товщини стінки змінює фізику.

Справжня цінність розуміння цих обмежень сумісності полягає в уникненні марних відбитків і несправних деталей. З самого початку підбирайте тип і калібр листового металу до потрібного класу матриці, і ви витрачатимете час на вдосконалення геометрії, а не на повторний друк зруйнованих інструментів. Цей процес удосконалення - від початкового проектування САПР до друку, подальшої-обробки та формування першого товару - – це те, з чого починається практичний робочий процес.

Повний робочий процес від дизайну CAD до фасонної частини

Важливо знати, які матеріали та листовий метал працюють разом, але це не допоможе вам, доки ви справді не створите функціональну матрицю та не відштампуєте з нею гарну деталь. Повний робочий процес проектування штампів із 3D-друком включає шість окремих етапів, на кожному з яких приймаються рішення, які безпосередньо впливають на те, чи ваш інструмент витримає виробництво чи виходить з ладу під час першого циклу.

1. Проектування САПР із-спеціальними міркуваннями
2. Налаштування параметрів нарізки та друку
3. Друк матриці
4. Пост{0}}обробка та перевірка розмірів
5. Натисніть налаштування та формування першого виробу
6. Планування технічного обслуговування та заміни матриці

Давайте пройдемося по кожному етапу з практичними деталями, які вам знадобляться, щоб зробити це правильно з першого разу.

Проектування САПР і аспекти адитивного виробництва

Коли ви підходите до CAD-дизайну для штампування в адитивному контексті, ви проектуєте одночасно для двох реальностей: операції формування та процесу друку. Ігноруйте будь-яке з них, і ви отримаєте матрицю, яку або неможливо надрукувати чисто, або вона не витримає пресових навантажень.

Товщина стінки і маса.Полімерні штампи потребують значно більшого обсягу, ніж можна очікувати. Мінімальна товщина стінки інструменту FDM має становити 8–12 мм у несущих зонах. Тонкі поперечні -зрізи менше 2 мм швидко деформуються під дією стискаючого навантаження та тепла, якДослідження Formlabs підтверджують- товщина поверхні менше 1–2 мм деформується під впливом тепла під час формування. Для металевих-друкованих штампів секції стінки 3–5 мм зазвичай забезпечують достатню жорсткість, оскільки сам матеріал витримує значно вищі навантаження на одиницю площі.

Кути тяги.Включіть 3–5 градусів тяги на всіх вертикальних стінках порожнини матриці. Це служить подвійним цілям: полегшує виштовхування деталей після формування (запобігаючи блокуванню листового металу в матриці) і покращує придатність до друку шляхом зменшення виступів, які потребують опорних структур. Особливо для полімерних штампів кути осідання зменшують сили виймання, які можуть сколоти або потріскати поверхню інструменту.

Стратегії підкріплення.Полімерні матриці рідко працюють як самостійні монолітні інструменти під пресовими навантаженнями. Сконструюйте свій штамп так, щоб він інтегрувався з опорною пластиною -, як правило, алюмінієвою або сталевою пластиною, яка розподіляє зусилля по задній поверхні штампика. Сплануйте заглиблення або отвори для болтів у вашій CAD-моделі для кріплення друкованої форми до цієї опорної конструкції. Деякі дизайнери вбудовують сталеві дюбелі чи болти в друк, призупиняючи-друк і вставляючи кріплення, створюючи композитний інструмент, який справляється з набагато більшим навантаженням, ніж сам по собі полімер.

Шаблон заповнення для 3D-друкованого інструменту.Саме тут рішення щодо внутрішньої геометрії безпосередньо визначають термін служби. Три шаблони домінують у додатках інструментів:

• Гіроїд:Забезпечує майже{0}}ізотропну міцність, тобто він протистоїть силам приблизно однаково в усіх напрямках.Безперервна вигнута геометрія Gyroidтакож забезпечує чудову стійкість до сил зсуву. Для штампувальних штампів, які зазнають не{1}}осевого навантаження або складної геометрії формування, стандартною рекомендацією є гіроїд із щільністю 60–80%.
• Кубічний:Створює три{0}}вимірну структуру сітки, яка перевершує стійкість до вертикального стиснення. Якщо ваше формувальне навантаження проходить головним чином прямо вниз через матрицю (прості V-вигини, канальні форми), кубічне заповнення з щільністю 50–70% забезпечує високу продуктивність з меншою кількістю матеріалу, ніж гіроїд за еквівалентної міцності.
• Сітка:Найпростіший і найшвидший-шаблон для друку з перпендикулярними лініями, які утворюють квадрати. Решітка добре справляється з прямим вертикальним стисненням, але погано працює під дією зсуву або поза-осьових навантажень. Використовуйте його лише для штампів із плоским- дном із суто стискаючим навантаженням - ніколи для штампів із кутовими формувальними поверхнями.

Для більшості штампувальних штампів gyroid із щільністю заповнення 70% або вище дає найкраще поєднання міцності на стиск і стабільної продуктивності в усіх напрямках навантаження. Перехід до 100% заповнення рідко вартий додаткового часу друку - дослідження показують, що зменшення міцності повертається вище 60–80% щільності, тоді як час друку зростає лінійно.

Надбавка до запасу.Плануйте додатковий матеріал (мінімум 0,5 мм) на критичних поверхнях формування. Ви видалите це під час пост-обробки, щоб набрати остаточні розміри. Набагато легше відшліфувати або видалити зайвий матеріал, ніж повторно надрукувати невелику матрицю.

Параметри друку та пост-обробка

З оптимізованою моделлю САПР налаштування нарізки перетворюють ці наміри проекту у фізичну реальність.

Висота шару:Використовуйте шари 0,1-0,15 мм для формування поверхонь, які контактують з листовим металом. Більш тонкі шари означають більш гладкі поверхні та кращу точність розмірів, що безпосередньо впливає на якість формованих деталей. Для не-критичних ділянок (задні поверхні, монтажні поверхні) шари 0,2–0,3 мм пришвидшують роботу без штрафу.

Орієнтація друку:Розташуйте матрицю так, щоб формувальні навантаження стискали шари разом, а не намагалися їх відшарувати. Для матриці V- це означає друк формуючою порожниною догори, а шари розташовані паралельно поверхні матриці. Відшарування шару під навантаженнями на розтягування є найпоширенішим видом руйнування інструментів FDM - належна орієнтація запобігає цьому.

Кількість периметрів:Збільште шари зовнішньої стіни мінімум до 4–6 периметрів. Ці тверді зовнішні оболонки сприймають більшість стискаючих навантажень і захищають внутрішнє заповнення від прямого контакту з листовим металом. Більший периметр також покращує міцність поверхні.

Постобробка 3D-друкованих штампів усуває розрив між сирим друком і функціональним інструментом:

1. Підтримка видалення та очищення:Видаліть увесь опорний матеріал, приділяючи особливу увагу формувальним поверхням. Будь-які нерівності або сліди, що залишилися, потраплять у ваші сформовані частини.
2. Оздоблення поверхні:Відшліфуйте поверхні, що формують, за допомогою прогресивної зернистості від - 120 до 220 до 400 -, щоб усунути лінії шару. Для полімерних матриць епоксидне покриття на формувальній поверхні створює більш тверду оболонку, яка довше протистоїть зношенню. Для матриць SLA піскоструминна обробка скляними кульками згладжує поверхню та може фактично покращити механічні властивості.
3. Перевірка розмірів:Виміряйте критичні розміри штангенциркулем або КІМ. Порівняйте з вашою моделлю САПР і зверніть увагу на відхилення. Типова точність розмірів для інструментів FDM ±0,1–0,3 мм; SLA досягає ±0,05 мм. Якщо критичні формувальні поверхні не відповідають специфікаціям, обробіть або відшліфуйте їх до допуску, використовуючи запас, який ви запланували раніше.
4. Термообробка (лише металеві матриці):Металеві-друковані матриці потребують зняття напруги та часто-загартування. Наприклад, для досягнення повної твердості (50–55 HRC) мартенситно-старільна сталь потребує старіння приблизно за 490 градусів протягом 6 годин. Пропустіть цей крок, і ваша металева матриця буде значно нижчою.

Натисніть «Налаштування» та «Перше формування статті».

Ваш штамп надруковано, оброблено та перевірено розміри. Правильне розміщення його в пресі визначає, чи це перше попадання виробляє хорошу деталь чи знищений інструмент.

Інтеграція опорної пластини:Ніколи не ставте полімерну матрицю безпосередньо на станину преса без металевої опорної пластини. Пластина розподіляє зусилля штовхача по всій поверхні матриці, запобігаючи локальному розчавленню. Використовуйте відшліфовану плоску алюмінієву пластину товщиною щонайменше 6 мм для малотоннажних-застосунків або сталеву пластину для всього, що перевищує 10 кН. Закріпіть матрицю на опорній пластині за допомогою болтів, затискачів або заглибленої кишені, яка запобігає бічним рухам під час формування.

Вирівнювання:Встановіть центрувальні штифти або скористайтеся елементами реєстрації, надрукованими на половинках матриці, щоб забезпечити вирівнювання пуансона-до-форми. Зсув розміром до 0,5 мм спричиняє нерівномірне навантаження, що прискорює знос матриці з одного боку та створює нерівні деталі.

Налаштування швидкості та сили:Почніть консервативно. Зменшіть швидкість преса до 50% від тієї, яку ви використовували б із звичайним інструментом. Полімерні матриці не витримують ударів, як це робить загартована сталь - менші швидкості штовхача дозволяють матеріалу поступово поглинати навантаження, що формуються, а не зазнавати ударів. З тієї ж причини зменшіть тоннаж до мінімуму, щоб досягти повного формування, а потім збільшуйте поступово, якщо деталь не має повної форми.

Перша перевірка статті:Сформуйте одну частину, вийміть її та виміряйте її за цільовими розмірами. Перевірте наявність:

• Відхилення пружини-назад (порівняйте фактичний кут із цільовим)
• Поверхневі сліди або подряпини, перенесені з ліній шару матриці
• Точність розмірів у критичних характеристиках
• Будь-які ознаки деформації матриці (блискучі плями, сліди стиснення на поверхні матриці)

Якщо пружина-назад перевищує допустимі значення, відрегулюйте геометрію матриці відповідно до стратегій компенсації, які обговорювалися раніше, і передрукуйте. Якщо на поверхні з’являються сліди, їх можна усунути додатковим шліфуванням або покриттям. Якщо матриця показує сліди стиснення після одного удару, ваш вибір матеріалу чи щільність заповнення не відповідають задіяним силам формування - перейдіть до більш жорсткого класу матеріалу замість повторного друку з тими самими характеристиками.

Цикл технічного обслуговування:Перевіряйте поверхню штампа кожні 10–20 частин для полімерних інструментів, кожні 500–1000 деталей для металевих-штампів. Моделі зношування виявляються у вигляді потускнення поверхні, округлення країв або мікро-тріщин при концентрації напруги. Легке шліфування між циклами може подовжити термін служби полімерної матриці, тоді як металеві матриці виграють від періодичного полірування формувальних поверхонь. Відстежуйте дрейф розмірів ваших сформованих деталей - коли вимірювання наближаються до допустимих меж, термін служби матриці наближається до кінця.

Цей--процес - проектування, друк, обробка, налаштування, формування, обслуговування - зазвичай триває 24–72 години для полімерних штампів і 1–2 тижні для металевих-друкованих штампів, включаючи термічну обробку. Порівняйте це з 4–8 тижнями для інструментів із традиційною обробкою, і перевага в часі стане очевидною. Але швидкість має значення лише в тому випадку, якщо матриця дійсно працює достатньо довго, щоб завершити виробничий цикл, що піднімає критичне питання про те, як ці інструменти виходять з ладу та що ви можете зробити, щоб цьому запобігти.

Аналіз терміну служби та режиму відмови

Швидкість від CAD до першої статті вражає, але це не має значення, якщо кубик розсиплеться на півдорозі під час виконання. Як довго служать штампи, надруковані на 3D? Чесна відповідь: це повністю залежить від того, як вони виходять з ладу, і кожна надрукована на 3D матриця врешті-решт виходить з ладу через один із чотирьох передбачуваних механізмів. Розуміння цих режимів несправності штампу - та проектування навколо них - — це те, що відрізняє успішну коротку серію від купи розбитого пластику та бракованих деталей.

Поширені види несправностей 3D-друкованих штампів

Кожна матриця, виготовлена ​​за допомогою добавок, має слабкі сторони, пов’язані з процесом пошарового складання-за-шарам. Ці слабкі сторони проявляються у вигляді різних моделей несправностей, кожна з яких має різні попереджувальні знаки та різні наслідки для ваших формованих частин.

• Розшарування шару при повторюваних стискаючих навантаженнях.Це найпоширеніший і найраптовіший вид відмови полімерних штампів FDM. Кожен друкований шар з’єднується з шаром під ним за допомогою термічного з’єднання, але цей зв’язок слабкіший, ніж сам об’ємний матеріал. Повторювані цикли пресування створюють циклічні напруги стиску та розтягування на межі шарів. З часом мікро-тріщини зароджуються вздовж цих кордонів і поширюються, поки цілі секції не відшаровуються. Дослідження на3D-надруковані композитні структурипідтверджує, що міжшарове напруження розтягування на кордонах шарів призводить до ініціації розшарування - як тільки межламінарна міцність на розтяг (ILTS) перевищена, руйнування відбувається раптово, а не поступово. Ви часто чуєте різкий тріск, і матриця розколюється вздовж лінії шару без попереднього попередження.
• Погіршення зносу поверхні, що впливає на обробку деталей.Кожен цикл штампування передбачає ковзання листового металу по поверхні матриці під дією сили. Це ковзання поступово стирає поверхню матриці, згладжуючи дрібні деталі та розширюючи допуски. У полімерних штампах зношення проявляється у вигляді полірованого блиску, що з’являється на високих -контактних ділянках, після чого відбувається втрата розмірів під час фізичного видалення матеріалу. Металеві-надруковані штампи стійкі до цього набагато довше, але все одно погіршуються -, особливо якщо обробка поверхні після друку залишає мікро-піки, які є початковими точками зносу.
• Термічна деградація від накопичення тепла від тертя.Тертя між листовим металом і поверхнею матриці генерує тепло під час кожного циклу пресування. На швидкості виробництва це тепло накопичується швидше, ніж матриця може його розсіювати. Полімерні матриці особливо вразливі, тому що їх температура тепловідхилення відносно низька - PLA розм’якшується при 55 градусах, ABS при 95 градусах, навіть CF-Нейлон починає втрачати жорсткість при 150 градусах. Як тільки температура поверхні матриці наближається до цих порогових значень, формувальна поверхня пластично деформується під навантаженнями, з якими вона справлялася раніше. Ви помітите, що сформовані деталі стають все менш точними, оскільки матриця «розростається» у високих-точках контакту.
• Порушення стиснення через перевищення межі текучості матеріалу.Це найпростіша несправність: сила формування просто перевищує те, чому може протистояти матеріал матриці. Плашка розчавлюється, тріскається або остаточно деформується під час першого удару або протягом перших кількох циклів. На відміну від інших режимів, збій стиснення не є прогресивним -, а миттєвим і катастрофічним. Це трапляється, коли оператори недооцінюють сили формування, використовують листовий метал товщі, ніж було розроблено матрицю, або пропускають інтеграцію опорної пластини.

Ці чотири режими не працюють ізольовано. Матриця, що зазнає термічного розм’якшення, розшаровується при менших навантаженнях. Матриця зі зношеною поверхнею створює концентрацію напруги, яка прискорює відділення шару. На практиці більшість полімерних штампів руйнуються через комбінацію - термічне розм’якшення послаблює структуру, а потім розшарування завдає останнього удару.

Стратегії пом'якшення наслідків через дизайн і вибір матеріалів

Кожен режим відмови реагує на певні контрзаходи. Ви не можете повністю усунути збій, але ви можете відштовхнути його далі впродовж робочого графіку.

• Проти розшарування:Орієнтація друку – ваш найсильніший захист. Орієнтуйте матриці, тому формуючі навантаження стискають шари разом, а не намагаються їх розділити. Використовуйте гіроїдне заповнення щільністю 70%+ для рівномірного розподілу міжшарових напруг. Збільште кількість оболонок по периметру до 5–6 стін, створюючи товсту суцільну межу, яка перешкоджає поширенню тріщин. Для критично важливих штампів розгляньте безперервне армування волокнами (CF-нейлонові композити) - вбудовані вуглецеві волокна перекривають межі шарів і значно підвищують міжшарову міцність на зсув.
• Від зносу поверхні:Нанесіть тонке епоксидне або уретанове покриття на полімерні форми для формування поверхонь. Ця тверда шкіра сприймає стирання замість основного матеріалу, і її можна повторно наносити між циклами. Для металевих-надрукованих штампів, після-обробка з поліруванням поверхні, щоб усунути -надруковані шорсткості, які прискорюють початкове зношування. Розглянемо дробеструйну обробку металевих поверхонь матриці, щоб викликати залишкову напругу стиснення, яка перешкоджає виникненню тріщин у місцях зносу.
• Проти термічної деградації:Уповільніть цикл пресування. Додавання навіть кількох секунд між ударами дозволяє розсіювати тепло від тертя. Використовуйте матеріали з вищим тепловим відхиленням - CF-Нейлон замість простого нейлону, нейлон поверх ABS, ABS поверх PLA. Для високошвидкісних-циклів-операцій інтегруйте паузи для охолодження у свою послідовність виробництва (штампуйте 10 деталей, пауза 30 секунд). Металеві{10}}друковані штампи значною мірою усувають цю проблему, оскільки інструментальні сталі зберігають свої властивості значно вище будь-якої температури тертя, що виникає під час штампування-при кімнатній температурі.
• Проти відмови компресії:Завжди використовуйте металеву опорну пластину, яка розподіляє зусилля преса по всій поверхні матриці. Ніколи не перевищуйте 60–70% опублікованої міцності на стиск матеріалу матриці під час роботи - цей запас міцності враховує знижену міцність друкованих деталей порівняно з твердими-формованими або кованим еквівалентами. Якщо ви сумніваєтеся, виконайте розрахунок сили перед першим циклом пресування: якщо необхідна сила формування перевищує 50% номінальної потужності вашої матриці, перейдіть до міцнішого класу матеріалу.

Практика експлуатації має таке ж значення, як і дизайн. Змастіть листовий метал легкою мастилом для штампування або мастилом для-сухої плівки, щоб одночасно зменшити сили тертя та температуру поверхні. Оглядайте матрицю через рівні проміжки часу - кожні 10–25 циклів для полімеру, кожні 500–1000 для металу. Замінюйте, а не ремонтуйте полімерні матриці; вони дешеві та досить швидкі для повторного друку, тому використання пошкодженого інструменту може призвести до зламування сформованих частин.

Очікувана тривалість життя за класом матеріалу

Отже, скільки часу служать 3D-друковані матриці в-реальному виробництві? Ось чого очікувати в усьому спектрі матеріалів, припускаючи правильний дизайн, орієнтацію та методи експлуатації:

Ці діапазони передбачають формування тонкого-алюмінію або м’якої сталі. Твердіші листові метали різко скорочують термін служби - формування нержавіючої сталі за допомогою CF-Нейлоновий штамп може давати лише 10–30 деталей, перш ніж поверхня погіршиться понад допустимі межі. Protolabs повідомляє, що навіть для форм для лиття під тиском (подібне завантажене -інструментальне застосування) полімерні інструменти, надруковані 3D-, зазвичай стають неефективними протягом 100 знімків, тоді як металеві інструменти можуть досягати 10 000 знімків і більше. Штампувальні матриці мають схожу фізику, хоча профіль навантаження відрізняється.

Знос матриці та довговічність зрештою зводяться до рішення щодо обсягу виробництва. Полімерні штампи є економічно доцільними, коли вам потрібно менше 100–500 деталей і можна періодично передруковувати. Металеві-друковані штампи виправдовують свою вищу початкову вартість, коли обсяги досягають сотень або тисяч, коли один відбиток замінює десятки полімерних повторних відбитків. А звичайні механічні інструменти залишаються правильною відповіддю на обсяги, що перевищують 100 000 деталей, де амортизована вартість на деталь падає нижче, ніж будь-який адитивний підхід.

Знання того, де ваш штамп вийде з ладу - і приблизно -, перетворює питання тривалості життя 3D-надрукованого штампика з припущень на планування. Ви можете запланувати відбитки заміни, спланувати витрати на матеріали для всього виробництва та здійснити інформований дзвінок щодо того, чи справді економічні-засоби з додаванням інструментів перевершують традиційні методи. Це порівняння витрат-вигоди заслуговує на власну структуровану структуру.

Структура витрат-вигоди для рішень щодо інструментів

Знання режиму відмови говорить вамколиматриця потребує заміни. Але скільки циклів заміни ви можете собі дозволити, перш ніж економіка стане проти вас? Справжнє питання, що стоїть за кожною дискусією про вартість 3D-друкованого штампа чи традиційного інструменту, полягає не в тому, який метод дешевший за один штамп -, а в тому, який метод забезпечує загальний обсяг виробництва за найнижчої вартості формованої деталі.

Цей розрахунок включає більше змінних, ніж більшість людей усвідомлюють. Давайте розберемо це.

Фактори вартості 3D-друку порівняно зі звичайним інструментом

Порівняння вартості штампів має враховувати шість різних чинників витрат, а не лише ціну наклейки самого інструменту:

• Вартість матеріалу для штампу:Полімерна фільєра FDM може коштувати 5–30 доларів США в нитці. Штамп SLA коштує приблизно 30 доларів США для-власного друку. Металева-друкована матриця з мартенситно-стареючої сталі коштує приблизно від 200 до 500+ доларів США залежно від розміру та складності. Штамп із традиційної механічної обробки інструментальної сталі зазвичай коштує 450–2 $000+ за еквівалентну геометрію.
• Час друку або обробки:Друк полімерних штампів за 10–24 години. Металеві-друковані матриці потребують 1–5 днів плюс термічна обробка. Звичайна обробка та аутсорсинг займає 15–25 робочих днів. Час – це гроші, коли терміни виробництва фіксовані.
• Робота-постобробки:Шліфування, покриття, перевірка розмірів і інтеграція опорної пластини додають 1–4 години на полімерну матрицю. Металеві-друковані штампи потребують зняття напруги, обробки поверхні та, можливо, - додаткових витрат на EDM, які можуть становити 15–40% від загальної вартості деталей для металевих компонентів AM.
• Вплив часу циклу пресування:Полімерні матриці вимагають нижчої швидкості штока, щоб уникнути ударного навантаження, що зменшує пропускну здатність на 30–50% у порівнянні з інструментом із загартованої сталі. У порівнянні з сотнями деталей це зниження швидкості збільшує витрати праці та машинний час.
• Частота заміни матриці:Нейлонова матриця CF-на 200 частин означає п’ять повторних видань для 1000-тиражів. Кожна заміна збільшує вартість матеріалів, час друку та роботу з налаштування. Плашка з металевим друком покриває ту саму серію без заміни.
• Альтернативна вартість часу виконання:Чекати 4–6 тижнів на звичайні інструменти означає затримку прибутку, пропущені ринкові вікна або простої складальних ліній. Штамп, надрукований протягом ночі, дозволить вам почати формування завтра. Для-часово критичних проектів ця перевага у швидкості може переважити вищу-вартість частини.

Аналіз беззбитковості обсягів виробництва

Аналіз беззбитковості штампів для металевого штампування дотримується передбачуваної моделі. 3D-друк має майже-нульову вартість налаштування, але приблизно лінійне масштабування вартості - 50 частини коштують приблизно в 50 разів на одну деталь. Звичайні інструменти мають високу постійну вартість, але вони швидко знижуються на-одиницю, оскільки інвестиції поширюються на більшу кількість деталей. Кросовер залежить від класу матеріалу матриці та коефіцієнта заміни.

Ось як змінюється економіка між рівнями обсягу для сценаріїв витрат на інструменти для штампування невеликих обсягів:

Зверніть увагу на зону перетину між 50 і 200 частинами. Нижче цього діапазону домінують полімерні матриці, тому що сама матриця коштує так мало, що навіть багаторазові заміни залишаються дешевшими, ніж один традиційний інструмент. Понад цей діапазон довговічність традиційного інструменту означає нульову вартість заміни, а високі інвестиції в основний капітал розподіляються на достатню кількість деталей, щоб опуститися нижче адитивної економії на-деталь.

Металеві-штампи займають стратегічну середину. Вони коштують дорожче, ніж полімерні, але виключають цикл заміни, який підриває економіку полімеру при великих обсягах. Для серій із 100–10 000 деталей вони часто представляють найкращу точку -, достатньо міцні, щоб уникнути заміни, достатньо швидкі, щоб уникнути 4–6 тижнів звичайної механічної обробки, і достатньо здатні впоратися з силами формування, які полімер не може витримати.

Математика ще більше змінюється, якщо взяти до уваги нестабільність конструкції. Якщо геометрія вашої деталі може змінитися після перших 50 частин, вкладення 1500 доларів США в звичайні інструменти стає зобов’язанням. Полімерна матриця за 30 доларів, яку ви можете передрукувати з оновленою геометрією за одну ніч, майже не несе ризику, якщо дизайн еволюціонує. Ця премія за гнучкість не відображається в простому-розрахунку вартості частини, але вона реальна -, особливо під час циклів розробки продукту, де перевірка та ітерація відбуваються паралельно.

Зрештою, сам по собі аналіз витрат не дає повної картини. Найпрактичніша стратегія часто поєднує методи: полімерні матриці для початкової перевірки геометрії та спочатку-тестування виробів, а потім металеві-друковані або звичайні матриці, коли конструкція стабілізується для виробництва. Такий поетапний підхід мінімізує як фінансовий ризик, так і час виконання - недорогу перевірку концепції перед серйозними інвестиціями в інструменти.

Стратегії швидкого створення прототипів для перевірки деталей

Поетапний підхід - спочатку вмирає полімер, а потім виробничий інструмент - працює лише в тому випадку, якщо ви можете підтвердити, що деталь правильна до виділення бюджету. Ось де перевірка деталей перед виробництвом інструментів стає справжнім воротарем. Роздрукування матриці та формування кількох частин покаже вам, чи фізично досяжна геометрія. Це не обов’язково говорить вам, чи підходить деталь до збірки, чи відповідає специфікаціям під навантаженням, чи може бути виготовлена ​​в масштабі без дорогих змін.

Перевірка штампованого компонента потребує кількох методів. Це вимагає правильного поєднання методів, застосованих на потрібному етапі розробки.

Використання 3D-друкованих штампів для перевірки деталей

Штампи, надруковані на 3D-вимірі, відмінно справляються з одним конкретним завданням перевірки: доведення того, що задану геометрію листового металу можна сформувати, що пружину-можна компенсувати та що заготовка розвивається правильно. Коли ви створюєте прототип формування листового металу за допомогою-власного полімерного штампу, ви відповідаєте на питання про формування - чи можна цю форму відштампувати без розривів, зморшок або надмірної-пружини?

Це справді цінно. Він виявляє проблеми з проектуванням, які інакше виникли б лише після створення дорогого виробничого обладнання. Команди можуть перевіряти конструкцію штампа для штампування ітеративно, повторно друкуючи скориговані штампи за години та тестуючи кілька змін геометрії за один день. На початковій-розробці концепції ніщо інше не зрівняється з такою швидкістю.

Але перевірка здатності до формування має обмеження. Деталь, сформована на полімерній матриці, може відрізнятися за розмірами від такої самої частини, сформованої на інструменті із загартованої сталі - інше поверхневе тертя, інший пружний прогин самої матриці, інша термічна поведінка. Сформований прототип підтверджуєприблизнийгеометрія, а не виробничі-точні розміри. Для перевірки придатності в щільних вузлах, допуск-критичних інтерфейсів або функціонального тестування під реальними навантаженнями вам потрібні деталі, виготовлені методами, ближчими до умов кінцевого виробництва.

Інтеграція кількох методів швидкого прототипування

Швидке створення прототипів металевих штампованих деталей найкраще працює як послідовність, а не як один крок. Кожен метод охоплює різні потреби перевірки:

• 3D-друковані штампи (в-дому):Перевірте здатність до формування, поведінку-відкидання та розвиток заготовки. Швидко, дешево, ідеально підходить для дослідження геометрії.
• Прототипи-з ЧПУ:Виготовляйте деталі з твердого матеріалу, які точно відповідають кінцевим розмірам. Корисно для перевірки придатності, перевірки складання та функціонального тестування, де властивості матеріалу мають відповідати виробничим цілям.
• Виготовлення листового металу (лазерне різання + гальмівний прес):Створюйте деталі за допомогою фактичного виробництва-листового металу та процесів формування. Підтверджує технологічність з реальними матеріалами та надає деталі, придатні для екологічних або навантажувальних випробувань.
• Відгук DFM:Експертна перевірка геометрії деталей щодо обмежень процесу штампування - радіуси згину, орієнтація зерна, обмеження глибини протягування - перед тим, як інвестиції в інструменти блокують проект.

Команди, які поєднують ці методи, виявляють проблеми на найдешевшому етапі. Проблема з формоутворенням, виявлена ​​з друкованим штампом за 30 доларів США, рятує від перегляду звичайного інструменту за 1500 доларів США. Проблема з підгонкою, виявлена ​​за допомогою прототипу з ЧПК-, економить тижні затримки виробництва. Ранній відгук DFM запобігає обом.

Для команд-розробників продукту, які потребують професійної-перевірки рівня, крім того, що-може досягти власний 3D-друкований інструмент,Послуги швидкого прототипування YICHENподолати розрив між перевіркою концепції та зобов’язаннями щодо виробництва. Поєднуючи швидке створення прототипів з ЧПК, виготовлення листового металу та ранні відгуки DFM в одному робочому процесі, YICHEN допомагає командам перевіряти металеві штамповані деталі з виробничою-репрезентативною точністю -, підтверджуючи форму, придатність і функціональність перед початком повного інвестування інструментів.

Цей багатошаровий підхід перевірки не лише зменшує ризик. Це зміцнює впевненість у тому, що дизайн, який ви збираєтеся використовувати для виробництва, насправді є тим дизайном, який вам потрібен -, а не таким, який потребує екстреного перегляду після першого пілотного запуску. Залишається питання, як визначити, який шлях потрібен вашому конкретному проекту.

Вибір правильного шляху інструменту для вашого проекту

Кожне рішення щодо інструменту зводиться до кількох змінних: скільки деталей вам потрібно, як швидко вони вам потрібні, наскільки стабільною є ваша конструкція та наскільки малими повинні бути ваші допуски. Замість того, щоб розглядати 3D-друковані та звичайні штампи для штампування як вибір-або, сприймайте їх як різні інструменти для різних етапів. Ось інструментальна основа для рішення, яку виробничі команди можуть застосувати негайно.

Коли 3D-друковані матриці – це правильний вибір

Знання того, коли використовувати 3D-друковані матриці для тиснення, економить час і бюджет. Вони точно вписуються в такі сценарії:

• Перевірка геометрії:Вам потрібно підтвердити, що штампована форма фізично досяжна, перш ніж інвестувати у виробничий інструмент.
• Малосерійне виробництво (до 100–500 деталей):Економічні показники-надають перевагу друку над механічною обробкою, коли частота заміни залишається керованою.
• Нестійкість конструкції:Геометрія вашої деталі все ще розвивається, і повторний друк штампа за 30 доларів перевершує переробку обробленого інструменту за 1500 доларів.
• Час-критичні проекти:Формовані частини потрібні завтра, а не через чотири-шість тижнів.
• М'які метали тонкого калібру:Матеріали з алюмінію, міді або м’якої сталі менше 0,8 мм -, які залишаються в межах навантаження на полімерні матриці.
• Освітня робота або робота за інтересами:Бюджет і доступність важливіші, ніж довговічність-серійного рівня.

Це справжні рішення для штампування металу в невеликих обсягах, які доставляють реальні деталі без фінансових зобов’язань звичайних інструментів. Головне — чесно усвідомлювати їхні обмеження - та знати, коли ваш проект їх переростає.

Коли варто інвестувати в професійну підтримку інструментів

3D-друковані штампи перевіряють концепції. Виробництво вимагає більшого. Якщо дотримується будь-яка з цих умов, настав час вийти за рамки-власного інструментарію для добавок:

• Дизайн завершеноі обсяги перевищують 500–1000 частин.
• Допуски більше ±0,2 ммнеобхідні за сформованими ознаками.
• Листовий метал – це нержавіюча сталь, високо-міцна сталь або м’яка сталь товщиною понад 1,0 мм.
• Деталі повинні пройти функціональне або екологічне тестуванняіз виробничою-репрезентативною точністю.
• Перевірка придатності збіркивимагають точної відповідності розмірів між сполученими компонентами.

Для команд на цій позиції,Послуги швидкого прототипування YICHENзабезпечте логічний зв’язок між створенням прототипів на 3D-друкі та повним виробничим інструментом -, поєднуючи швидке створення прототипів з ЧПК, виготовлення листового металу та ранній зворотний зв’язок DFM для перевірки деталей із виробничою-точністю, перш ніж вкладати серйозні капітали. Лише така рання перевірка DFM може запобігти дорогим переглядам інструментів, від яких страждають команди, які пропускають валідацію та відразу переходять до виробництва.

Найрозумнішим шляхом зазвичай є не один чи інший метод - це прогрес. Почніть із матриці, надрукованої на 3D, щоб підтвердити можливість формування. Перевірте придатність і функціональність за допомогою професійного прототипування. Потім приступайте до виробництва інструментів з впевненістю, що дизайн заблоковано. Такий поетапний підхід мінімізує як фінансовий ризик, так і час-виходу-на ринок, надаючи вам сформовані деталі на кожному етапі, не витрачаючи свій бюджет інструментів на неперевірену геометрію.

Поширені запитання про металеві штампи для 3D-друку

1. Скільки деталей може виготовити матриця для 3D-друку, перш ніж вийти з ладу?

Термін служби матриці різко залежить від класу матеріалу. Пластики PLA зазвичай тривають 5{3}}30 частин до термічної деградації або відмови від стиснення. Нейлонові та CF-нейлонові композити розширюють це до 50-500 частин за відповідних умов. Металеві-штампи з мартенситно-стареючої сталі витримують від 10 000 до 100000+ циклів формування, тоді як штампи з інструментальної сталі H13, надруковані за допомогою DMLS, можуть досягати 500 000 циклів. Ці цифри передбачають тонкий алюміній або м’яку сталь як заготовку – твердіші листові метали значно скорочують термін служби.

2. Чи можна використовувати 3D-друковану матрицю для штампування нержавіючої сталі?

Полімерні 3D-друковані матриці не можуть надійно сформувати нержавіючу сталь будь-якого практичного розміру. Високий межа текучості нержавіючої сталі (200-290 МПа в стані відпалу) у поєднанні з агресивним робочим-загартуванням створює сили формування, які перевищують стисливу здатність полімеру. Металеві-надруковані штампи, виготовлені з мартенситно-стареючої сталі або інструментальної сталі H13 за допомогою лазерного сплавлення порошкового шару, можуть ефективно штампувати нержавіючу сталь. Дослідження в Оклендському університеті показали, що металеві вставки з покриттям, надруковані 3D-, успішно відштампували 50 000 деталей із надвисокоміцної сталі без значного погіршення поверхні.

3. Який малюнок заповнення найкращий для 3D-друкованих штампів?

Gyroid заповнення з щільністю 70% або вище є рекомендованим за замовчуванням для більшості застосувань штампів. Його безперервна вигнута геометрія забезпечує майже-ізотропну міцність, рівномірний опір силам у всіх напрямках і добре справляється зі зсувними навантаженнями. Кубічне заповнення працює для штампів із суто вертикальним стискаючим навантаженням, як прості V-вигини, тоді як візерунок сітки слід використовувати лише для штампів із плоским-днем без-позаосьових сил. Перевищення щільності заповнення вище 80% свідчить про зменшення міцності відносно додаткового часу друку.

4. Чи дешевше надрукований на 3D-вимірі штамп, ніж штампувальний штамп?

Для виробництва до 100 деталей полімерні 3D-друковані штампи коштують приблизно 35-150 доларів США, включаючи заміну, у порівнянні з 500$-2,000+ для традиційних інструментів. Точка беззбитковості зазвичай становить від 50 до 200 деталей залежно від матеріалу матриці та частоти заміни. Металеві-друковані штампи ($300-600) займають золоту середину, стаючи економічно ефективними для 100-10 000 тиражів деталей, де вони усувають як цикл заміни полімерних матриць, так і тривалий час виконання звичайної механічної обробки. Понад 10 000 деталей звичайні інструменти зазвичай виграють за економічністю кожної деталі.

5. Як ви компенсуєте пружину-при використанні 3D-друкованих штампів?

Компенсація-відвороту пружини вимагає надмірного-згинання геометрії матриці, щоб листовий метал знову розслабився до цільового кута після випуску преси. Найшвидший підхід із застосуванням полімерних штампів — ітеративний: роздрукуйте, сформуйте пробну деталь, виміряйте фактичне відхилення пружини-назад, налаштуйте модель CAD на цю величину та повторно надрукуйте. Оскільки полімерні штампи коштують лише кілька доларів і друкуються за години, багаторазові ітерації практичні. Для металевих-надрукованих штампів спочатку перевірте-компенсацію пружини в полімері, а потім зафіксуйте виправлену геометрію на металевому відбитку. Для -високоміцних матеріалів можуть знадобитися кути матриці 73-78 градусів, щоб подолати значне пружне відновлення.