3D-друковані матриці для штампування: зменшіть витрати на інструменти без зрізання кутів

Пояснення штампів для 3D-друку

Уявіть, що вам потрібен нестандартний інструмент для формування металевої деталі, але ціна на сталевий штамп із ЧПК-механічної обробки повертається за тисячі доларів і тижні часу виконання. Для прототипу з 20 частин ця математика рідко працює. Саме тут підійдуть матриці для 3D-друку.

3D-друковані матриці для штампування — це додаткові{1}}виготовлені інструментальні компоненти - пуансони, блоки матриць або інструменти для формування -, які використовуються для формування листового металу за допомогою сили пресування, виготовлені шляхом-за-шаровим виготовленням, а не традиційною обробкою інструментальної сталі з ЧПК.

Ці інструменти не замінять матриці із загартованої сталі на лінії виробництва 500 000-деталей. Але для створення прототипів, валідації дизайну та коротких тиражів вони усувають бар’єри, пов’язані з вартістю та часом виконання, через які операції формування залишаються за високими мінімальними інвестиціями. Дослідження вІнструмент-на основі FDM для формування листового металупідтверджує, що формувальні інструменти, виготовлені за допомогою добавок, пропонують значні економічні переваги для виробництва окремих-штук і малих{1}}серій порівняно зі звичайними методами обробки металу.

Що таке штампи для 3D-друку

За своєю суттю це функціональні компоненти матриці, надруковані з конструкційних пластмас, смол або спечених металів. Вони монтуються в гідравлічному пресі або пресі з оправою, як і звичайні інструменти. Різниця полягає в методі виготовлення: замість того, щоб видаляти матеріал із сталевої заготовки, ви створюєте геометрію матриці шар за шаром із файлу CAD. Це робить3D-друковані матриці для швидкого створення прототипівдля ітерації та недорогої заміни при зміні дизайну.

Кому вигідні друковані інструменти

База користувачів охоплює широкий спектр:

• Розробники продуктів перевіряють геометрію сформованого листового металу перед тим, як почати виробництво інструментів
• Команди з розробки прототипів, яким потрібні функціональні металеві деталі за графіком, який вимірюється днями, а не місяцями
• Малосерійні-виробники, які виготовляють від 10 до 500 деталей, де вартість традиційного інструменту ніколи не амортизується
• Любителі та невеликі майстерні, які використовують гідравлічні преси або преси для альтанок для нестандартних кронштейнів, корпусів і фасонних компонентів

Цей посібник охоплює матриці для 3D-друку для листового металу для всіх основних технологій друку та класу матеріалів. Це-незалежність від технологій - жодна марка принтера чи постачальник матеріалів не отримує переваг. Ви знайдете чесне висвітлення як можливостей, так і обмежень, у тому числі малооб’ємних альтернатив штампів, які мають сенс, і сценаріїв, коли вони не відповідають вимогам.

Справжнє питання полягає не в тому, чи працюють друковані штампи. Це те, яка технологія, матеріал і підхід до дизайну відповідають вашим конкретним вимогам до формування -, і це починається з розуміння самого процесу друку.

Вибір правильної технології 3D-друку для штампів

Кожен процес друку створює матрицю по-різному на молекулярному рівні, і це безпосередньо визначає роботу інструменту під дією сили преса. Матриця, надрукована за допомогою розплавленої нитки, не буде поводитися як матриця, вироблена з рідкої смоли або спечена з металевого порошку. Найкраща технологія 3D-друку для штампів повністю залежить від того, що ви формуєте, скільки деталей вам потрібно та скільки сили вимагає операція.

Ось практичне порівняння технологій 3D-друку для інструментів у чотирьох основних сімействах процесів.

Фільтри FDM для формування-з низьким зусиллям

Моделювання плавленого осадження (FDM) є найдоступнішою точкою входу. Настільна машина екструдує термопластичну нитку шар за шаром, створюючи геометрію матриці за кілька годин за кілька доларів матеріалу. Компроміс? Лінії шарів створюють видиму сходи-структуру сходів на формованих поверхнях, а зв’язок між шарами завжди слабший, ніж сам матеріал. Ця анізотропія має значення, оскільки сили формування часто навантажують матрицю перпендикулярно до площин шару.

Фільтри FDM добре підходять для простого згинання й формування тонкого алюмінію чи латуні-з низьким зусиллям. Ви помітите, що вони працюють найкраще, коли стискаючі навантаження розподіляються на великій площі, а не зосереджені на гострих краях. Порівнюючи FDM і SLA для формування штампів, головною перевагою FDM є вартість і швидкість ітерації. Основним недоліком є ​​обробка поверхні та допуск на розміри, який зазвичай становить від +/- 0.3 до 0,5 мм залежно від принтера та матеріалу.

SLA та SLS для прецизійних штампів

Стереолітографія (SLA) полімеризує рідку смолу світлом, створюючи матриці з гладкими поверхнями та набагато більш жорсткими допусками, ніж FDM.Дослідження Formlabs інструментів-друкованого формування SLAпродемонстрували, що тверді полімерні матриці можуть витримувати значні зусилля пресування за належної конструкції, причому гладка обробка поверхні усуває етап полірування, який іноді вимагає металевих матриць. Частини SLA також ізотропні, тобто міцність не змінюється різко з орієнтацією конструкції. Це робить їх кращим вибором, ніж FDM, коли сили формування надходять з кількох напрямків.

Вибіркове лазерне спікання (SLS) сплавляє полімерний порошок у нагрітому шарі. Оскільки нерозплавлений порошок підтримує деталь під час друку, матриці SLS можуть мати складну геометрію без шкоди для структурної цілісності. Точність розмірів матриці, надрукованої SLS, зазвичай становить від +/- 0.1 до 0,3 мм, а отримані нейлонові деталі забезпечують чудову міцність і ударостійкість. Поверхня має злегка зернисту текстуру від порошку, але вона більш однорідна, ніж лінії шару FDM, і передає менш помітні позначки на сформовані частини.

Спікання металу для високих-навантажень

Коли зусилля формування перевищують те, що може витримати будь-який полімер, металеві спечені матриці для штампування листового металу стають шляхом вперед. Вибіркове лазерне плавлення (SLM) і пряме лазерне спікання металу (DMLS) створюють повністю щільні металеві штампи з алюмінію, нержавіючої сталі або порошків інструментальної сталі. Ці матриці можуть протистояти тим самим зусиллям, що й оброблені інструменти, з додатковою перевагою внутрішніх каналів охолодження або решітчастих структур-зменшення ваги, які не можуть бути створені за допомогою звичайної обробки.

Металеві-друковані штампи коштують значно дорожче та вимагають подальшої-обробки, як-от зняття напруги, видалення порошку та часто механічної обробки критичних поверхонь. Вони мають сенс для геометрій, які дорогі для традиційної обробки, або де конформні особливості виправдовують тягар процесу.

Зразок простий: у міру зростання вимог до сили та кількості деталей ви переходите від FDM через SLA та SLS до металу. Але рішення залежить не лише від вантажопідйомності. Штамп, який повинен виготовляти деталі з жорстким контролем розмірів і чистими поверхнями, може виправдати SLA навіть при менших зусиллях, тоді як грубий згин прототипу може залишитися на FDM незалежно від доступного бюджету.

Вибір технології безпосередньо впливає на наступне важливе рішення: який конкретний матеріал у кожній групі процесів надає вашому штампу механічні властивості, необхідні для витримування повторюваних циклів формування.

Керівництво з вибору матеріалу для друкованих формувальних штампів

Матеріал, яким ви друкуєте, визначає, яку силу може витримати ваш штамп, скільки циклів він витримає та чи сформована частина вийде чистою чи позначеною. Два штампи з ідентичною геометрією працюватимуть абсолютно по-різному, якщо один надруковано на PLA, а інший — на нейлоні, армованому скло{1}}волокном-. Вибір найкращого філаментного матеріалу для штампувальних штампів означає відповідність механічних властивостей відповідно до конкретного навантаження при формуванні та типу листового металу.

Термопластичні матеріали для формування штампів

Нитки FDM варіюються від бюджетних-варіантів, придатних для одноразового-прототипування, до інженерних-полімерів, здатних до сотень циклів формування. Ось як складаються загальні варіанти:

• PLA- Висока жорсткість із міцністю на розрив приблизно 50 МПа, але крихка під ударом і розм’якшується при температурі вище 60 градусів Цельсія. Добре підходить для доказу--концепції згинання тонкого алюмінію, але очікується розтріскування під час повторного використання.
• ABS- Краща ударостійкість, ніж PLA, і витримує температури приблизно до 100 градусів C. Міцність на стиск становить близько 70-80 МПа, що робить його придатним для помірних навантажень формування на м’яких металах.
• PETG- Збалансовує міцність із легкістю друку. Міцність на розрив близько 50-60 МПа з кращою адгезією шару, ніж ABS, що має значення, коли формувальні сили притискаються до площин шару.
• Нейлон (PA6/PA12)- Ось тут починається серйозна робота над штампом. Нейлон забезпечує чудову міцність, стійкість до втоми та міцність на стиск у діапазоні 80-100 МПа. Він поглинає удари, які призводять до розтріскування твердих матеріалів, завдяки чому добре підходить для повторних операцій формування.
• Полікарбонат (ПК)- Найефективніший-поширений матеріал FDM для застосування в штампах із міцністю на розрив понад 5200 PSI (приблизно 36 МПа максимальна) і термостійкістю до 140 градусів C. Його поєднання жорсткості, ударостійкості та термічної стабільності робить його найкращим вибором для складних операцій формування.

Під час порівняння нейлону та полікарбонату для формування штампів рішення часто зводиться до наступного: нейлон краще поглинає удари та протистоїть втомі протягом багатьох циклів, тоді як полікарбонат забезпечує чудову термостійкість і жорсткість для вищих-навантажень і менших-циклів. Нейлон виграє при повторних операціях згинання; полікарбонат виграє, коли матриця має протистояти деформації під дією тривалих високих навантажень.

Орієнтація шару є критичним фактором, який легко не помітити. Деталі FDM за своєю суттю є анізотропними - вісь Z- (перпендикулярна до шарів) зазвичай на 40-70% слабкіша за вісь XY-. Для штампів це означає, що ви повинні орієнтувати відбиток так, щоб сили формування стискали шари разом, а не відшаровували їх. Матриця, завантажена в режимі чистого стиснення вздовж осі Z, працює добре, оскільки шари стискаються. Той самий штамп, навантажений на розтяг або зсув поперек шарів, вийде з ладу при частці його номінальної міцності.

Матеріали для матриць-на основі смоли

Фотополімерні смоли пропонують інший набір компромісів. Стандартні смоли є крихкими та погано підходять для формування, але розроблені та жорсткі сімейства смол змінюють рівняння. Міцність на стиск, надрукована на 3D-друкі, може досягати вражаючих рівнів: композитні-армовані смоли досягають міцності на стиск близько 158 МПа, а жорсткі технічні смоли забезпечують міцність на вигин понад 130 МПа. Ці цифри ставлять їх набагато вище за більшість термопластів FDM за жорсткістю.

Основні категорії смол для штампування:

• Стандартні смоли- Міцність на розрив 20-50 МПа. Занадто крихкий для операцій формування. Уникайте.
• Міцні/ABS-подібні смоли- Ударостійкість 41-48 Дж/м з міцністю на розрив близько 40-70 МПа. Життєздатний для легкого формування, де певна гнучкість запобігає катастрофічному розтріскуванню.
• Жорсткі/технічні смоли- Міцність на розрив 55-90 МПа та міцність на вигин понад 130 МПа. Вони протистоять деформації під навантаженням і зберігають точність розмірів завдяки циклам формування.

Перевага, яку має смола порівняно з FDM для штампів, полягає в ізотропії - деталі, затверджені за допомогою SLA або DLP, демонструють узгоджені властивості по всіх осях, усуваючи проблему слабкого -шару-зв’язку. Недоліком є ​​крихкість. Навіть міцні смоли можуть раптово вийти з ладу під впливом ударних навантажень, без попередньої видимої деформації як попередження.

Відповідність матеріалу формувальному навантаженню

У наведеній нижче таблиці порівнюються властивості матеріалу з практичною можливістю формування:

Нитки з вуглецевого волокна для застосування в інструментах заслуговують на ближчий розгляд.Армування вуглецевим волокном значно підвищує жорсткість і стабільність розміріводночасно зменшуючи теплове розширення - властивість, яка зберігає стабільність геометрії матриці під час повторюваних циклів формування. Нарізані волокна діють як внутрішнє зміцнення, підвищуючи міцність на стиск і протидіючи повзучості, яку зазнають ненаповнені полімери під тривалими навантаженнями.

Отже, коли премія за вартість має сенс? Нитки з композитним-наповнювачем виправдовують свою ціну, коли вам потрібно більше 50 циклів формування, коли стабільність розмірів при температурних змінах має значення або коли геометрія формування має тонкі деталі, які можуть згинатися в незаповненому нейлоні. Для одноразового-прототипу вигину достатньо стандартного нейлону. Для матриці, яка має виробляти узгоджені деталі протягом тижнів періодичного використання, армований вуглецевим-волокном-нейлон забезпечує помітно кращі результати за витрачений долар.

Властивості матеріалу встановлюють межу того, що може впоратися з вашим кубиком. Але геометрія самої матриці - товщина стінки, щільність заповнення та допуски на зазор - визначають, чи досягнете ви дійсно цієї стелі чи не досягнете її.

Інструкції з проектування 3D-друкованої геометрії штампа

Міцний матеріал, надрукований із поганою геометрією, все одно створює слабку матрицю. Товщина стінки, стратегія заповнення та допуски на зазор є структурною основою будь-якого інструменту для друкованого формування, і помилка в них є найшвидшим шляхом до тріснутих пуансонів і несумісних деталей. Правила проектування штампів, виготовлених за допомогою добавок, суттєво відрізняються від традиційних механічних інструментів, оскільки ви працюєте з шаруватим анізотропним матеріалом замість однорідної сталі.

Правила товщини стін і кута нахилу

Товщина стінок для 3D-друкованих формувальних штампів повинна враховувати як можливість друку, так і опір навантаженню під дією сили преса. На відміну від візуальних прототипів, де тонкі оболонки економлять матеріал, інструмент для штампів вимагає товстих суцільних периметрів, які розподіляють напругу формування без згинання та тріщин.

Для матриць FDM,інженерно{0}}перевірені вказівкирекомендуємо мінімум у 2-3 рази більше діаметра сопла для надійного генерування периметра -, але функціональні інструменти повинні виходити за межі цього мінімуму. Промислове застосування, як-от прес-форми та пристосування, зазвичай потребує товщини стінок у діапазоні від 5 до 10 мм, щоб досягти достатньої жорсткості при багаторазовому навантаженні.

Ось правила основної стіни та геометрії, яких слід дотримуватися:

• Мінімальна товщина стінки:4 мм для легких-штампів (тонкі алюмінієві згини); 6-10 мм для штампів, що витримують помірні сили формування у сталі або більш товстому матеріалі
• Кути осадки:Застосуйте тягу 1-3 ступенів до вертикальних поверхонь матриці, щоб полегшити викид деталі та зменшити тертя під час формування. Надруковані штампи виграють від дещо більшої тяги, ніж оброблена сталь, оскільки текстура поверхні збільшує опір заготовки.
• Уникайте раптових переходів від-до-тонкого:Різкі зміни товщини стінки створюють концентрацію напруги та нерівномірне охолодження під час друку, що призводить до викривлення або внутрішніх пустот, які послаблюють матрицю під навантаженням. Використовуйте поступове звуження або галтелі при зміні товщини.
• Додайте галтелі у внутрішніх кутах:Гострі внутрішні кути концентрують напругу та є типовими точками виникнення тріщин. Мінімальний внутрішній радіус скруглення 2 мм значно подовжує термін служби матриці.
• Орієнтуйте формувальні поверхні подалі від ліній шару:Розташуйте матрицю так, щоб критична формувальна поверхня була надрукована пласко (площина XY), а не вертикально. Шари, навантажені на стиснення перпендикулярно їхнім площинам, добре працюють; шари, навантажені на розтяг або зсув поперек ліній з’єднання, руйнуються при 40-70% номінальної міцності матеріалу.

Стратегія заповнення для структурної цілісності

Міцність 3D-друкованого шаблону заповнення має більше значення, ніж відсоток необробленого заповнення. Матриця із заповненням гіроїда 50% може перевершити матрицю із заповненням сітки 80%, оскільки внутрішня геометрія розподіляє силу рівномірніше по поперечному-перерізу.

Для штампів дотримуйтеся цих вказівок щодо заповнення:

• Мінімальна щільність заповнення 60-70%.для штампів, що витримують повторювані навантаження формування. Нижче цього порогу внутрішні порожнечі допускають локалізоване стиснення та остаточне руйнування під дією циклічної напруги.
• Гіроїдні або кубічні візерунки заповненнязабезпечують майже{0}}ізотропну внутрішню підтримку. Сітки та прямолінійні візерунки створюють вирівняні слабкі площини, які можуть зрушуватися під -навантаженнями поза осею.
• 100% тверде заповненняу верхній частині 5-8 мм безпосередньо під поверхнею формування. Це створює твердий ковпачок, який рівномірно передає зусилля преса на структуру заповнення, що знаходиться нижче, запобігаючи прогину поверхні або пробиванню.
• Збільште кількість снарядів/периметра до 5-8 стіндля зовнішньої межі. Периметри несуть більше навантаження, ніж заповнення - кілька безперервних периметрів розподіляють циклічні напруги ефективніше, ніж одна товста стіна, покращуючи характеристики втоми під час повторних циклів пресування.
• Використовуйте ребра замість рівномірно зростаючої заливки:Внутрішні ребра, орієнтовані перпендикулярно до основної сили формування, додають жорсткості набагато ефективніше, ніж підвищення загального відсотка заповнення. Це економить час друку, зміцнюючи шляхи критичного навантаження.

Практичний підхід: матриці для друку з 70% гіроїдним заповненням із 6 периметрами та 8 суцільними верхніми шарами. Це збалансовує час друку та продуктивність конструкції та дає вам надійну відправну точку для тестування.

Проміжок-до-штампу для друкованих інструментів

Стандартний зазор пуансона та матриці для штампування металу використовує формулу-на-сторону на основі товщини заготовки та твердості матеріалу. Для традиційних сталевих інструментів,рекомендований зазор зазвичай починається з 10% товщини заготовки на кожну сторону, з більш твердими матеріалами потрібно до 15-20%.

Зазор пуансона та матриці для друкованих інструментів вимагає регулювання поза цими стандартними формулами з двох причин:

• Розмірна дисперсія:Штампи мають властиві допуски від +/- 0.1 до 0,5 мм залежно від процесу друку. Ця дисперсія повинна бути додана до розрахунку номінального зазору. Матриця FDM з допуском +/- 0.3 мм ефективно зміщує зазор до 0,6 мм в обох половинах інструменту.
• Відповідність матеріалу:Полімерні матриці пружно прогинаються під дією сили формування. Поверхні матриці трохи стискаються під час ходу, тимчасово зменшуючи ефективний зазор. Щоб компенсувати це, збільште номінальний зазор на 5-10% понад той, який ви б вказали для сталевого інструменту. Наприклад, якщо пара сталевих штампів потребує 0,15 мм зазору на кожну сторону для 1,0 мм м’якої сталі, для друкованої пари штампів може знадобитися 0,20-0,25 мм на сторону для досягнення еквівалентних результатів.

Перевірте зазор емпірично, починаючи з трохи більшого розміру та зменшуючи з кроком 0,05 мм під час ітерацій. Завдяки друкованим інструментам виготовлення оновленого штампа займає години, а не дні, тому ітерація зазору є швидкою та недорогою.

Ще одне зауваження: формування складності геометрії має йти прогресивним шляхом. Почніть із простих V-вигинів, де сила передбачувана та рівномірно розподілена. Переходьте до U-вигинів і форм каналів лише після перевірки живучості матриці. Витяжки та складені форми створюють розтягуючі навантаження по всій поверхні матриці та багато-напрямлену напругу - для цього потрібні найвищі щільності заповнення, найтовщі стінки та найконсервативніші значення зазору. Спроба глибокого малювання на першому відбитку майже завжди закінчується руйнуванням матриці.

Ці конструктивні параметри визначають, яку конструкцію може витримати матриця. Але інша половина рівняння полягає в тому, що утворюється - конкретний металевий сплав, віддача та товщина, що тисне на інструмент, визначають, чи тримається ваша геометрія, чи не вдається.

Сумісні метали та обмеження товщини

Ваш штампований матеріал створює силу формування стелі. Але листовий метал, що тисне на цю матрицю, насправді визначає, успішна чи невдала операція. Не кожен сплав добре поєднується з полімерним інструментом, і навіть кооперативні метали стають проблематичними, коли товщина перевищує певні порогові значення. Розуміння того, які метали можна штампувати за допомогою друкованих штампів - і де встановлені жорсткі обмеження -, запобігає втраті відбитків і зламаним інструментам.

Сплави та відпуски, придатні для друкованих штампів

Для формування м’яких пластичних металів потрібно менше зусиль, що безпосередньо розширює діапазон використання друкованих інструментів. Кращих кандидатів об’єднує спільна риса: низька межа текучості в поєднанні з високим подовженням перед руйнуванням.

• Алюмінієві сплави (1100, 3003, 5052, 6061-О):Ідеальна відправна точка для формування алюмінію за допомогою друкованих штампів. Сплав 5052-O, наприклад, має межу текучості близько 90 МПа і відносне подовження понад 25%, що робить його високою кооперацією з полімерними матрицями в тонких калібрах.
• Латунь (C260, C270):Картриджна латунь у відпаленому стані забезпечує чудову формувальність із межею текучості близько 100-120 МПа. Трохи міцніший на штампах, ніж алюміній, завдяки вищій жорсткості, але в межах можливостей полімеру для тонкої заготовки.
• Мідь (C110, C101):Мертва м’яка мідь формується з дуже низьким зусиллям і легко відповідає геометрії матриці. Чудово підходить для друкованих інструментів усіх поширених товщин аж до межі стиснення матриці.
• М'яка сталь (1008, 1010, 1018):Відпалена низько{0}}вуглецева сталь з межею текучості близько 200-250 МПа. Працює з посиленими друкованими матрицями в тонких калібрах, але зусилля швидко зростають із товщиною.
• Нержавіюча сталь (304, 316):Відпалені аустенітні сорти можна формувати, але вимагають значно більшого зусилля, ніж м’яка сталь. Зазвичай верхня межа для полімерних штампів обмежена дуже тонким матеріалом із високо-матеріалів штампів, таких як вуглецеве-волокно нейлон або тверда смола.

Загартування має таке ж значення, як і вибір сплаву.Відпал відновлює пластичність шляхом перекристалізації зернистої структури, що зменшує межу текучості та збільшує відносне подовження - обидві властивості зменшують силу формування, яку має витримати ваша матриця. Наполовину твердий алюмінієвий лист 5052 вимагає приблизно вдвічі більшої сили вигину, ніж той самий сплав у повністю відпаленому стані. Працюючи з друкованими інструментами, завжди вказуйте відпалений або м’який відпуск, якщо тільки застосування не вимагає твердішого стану кінцевої частини.

Цей зв’язок є прямим: м’якший метал означає меншу напругу матриці, довший термін служби матриці та кращу сумісність із полімерним інструментом. Якщо ваша конструкція допускає термічну обробку після-формування або робоче зміцнення, почніть із відпаленої заготівлі та додайте міцності згодом, замість того, щоб боротися з жорсткішим станом під час етапу формування.

Обмеження товщини за матеріалом матриці

Обмеження товщини листового металу для матриць, надрукованих на 3D, залежать від взаємодії між міцністю на стиск матриці та силою формування, створюваною даним металом при заданій товщині. Більш товстий матеріал експоненціально збільшує необхідну силу - подвоєння товщини листа приблизно в чотири рази збільшує силу згинання.

Ці значення передбачають прості V-згини з правильно розробленими зазорами та помірною довжиною згинів. Малюнки, складні форми та довгі лінії згину посилюють зусилля, що означає відповідне зменшення максимально допустимої товщини. Пілотне дослідження з використанням3D-друковані матриці з мартенситно-стареючої сталі для гарячого штампуванняпродемонстрували успішне формування борної сталі товщиною 1,7 мм протягом 800 циклів -, підтверджуючи, що металеві-спечені матриці витримують важчі калібри та твердіші сплави з довговічністю-на рівні виробництва.

Перенесення обробки поверхні від матриці до деталі

Ось деталь, яку більшість посібників з інструментів повністю пропускають: обробка поверхні інструментів, надрукованих на 3D, переноситься безпосередньо на сформований листовий метал. Кожна лінія шару, кожен артефакт сходів-сходинки та кожна поверхнева поверхнева грань матриці віддруковується на заготовці під дією сили преса. На м’яких металах, таких як відпалений алюміній або мідь, цей ефект особливо виражений, оскільки матеріал щільно прилягає до поверхні матриці під час формування.

Ступінь серйозності залежить від технології друку:

• FDM вмираєзалиште найпомітнішу позначку. Висота шару 0,1-0,3 мм створює гребені, які чітко відбиваються на тонкому алюмінії. Візерунок є спрямованим і повторюваним - ви побачите паралельні лінії на сформованій частині, де б вона не торкалася поверхні матриці.
• SLA вмираєстворювати найчистіші поверхні серед варіантів полімерів. Висота шару 0,025-0,05 мм залишає мінімальну видиму текстуру на сформованих частинах, часто прийнятну без подальшої обробки.
• SLS гинепередати злегка матову зернисту текстуру з порошкоподібної-спеченої поверхні. Менш спрямовані, ніж лінії FDM, але все ще помітні на відбиваючих металах.

Стратегії мінімізації поверхневого перенесення:

• Відшліфуйте формувальні граніз поступово більш дрібним зерном (від 220 до 600), щоб збити лінії шару перед використанням. Це найпростіше та найефективніше втручання для матриць FDM.
• Нанесіть тонкий епоксидний або наповнювальний шардо поверхні матриці та відшліфуйте. Це заповнює мікро-щілини між шарами та створює безперервне формування поверхні.
• Орієнтуйте відбитоктому лінії шарів проходять паралельно напрямку потоку матеріалу під час формування. Паралельні лінії створюють менше візуальних перешкод, ніж перпендикулярні хребти, і зменшують ризик розмітки.
• Використовуйте жертовну прокладку- тонкий лист гладкого поліетилену або PTFE між матрицею та деталлю. Це додає відповідності, але усуває пряме перенесення текстури на косметичні частини.

Для деталей, де якість поверхні має значення, заплануйте обробку після-формування або інвестуйте в SLA-штампи з шліфованими поверхнями для формування. Для структурних частин, прихованих від очей, текстура з незакінченого матриці FDM часто прийнятна -як є.

Знаючи, які метали може утворювати ваш кубик і яку товщину ви можете їх проштовхнути, встановлюється операційна зона. Наступне питання більш кількісне: скільки саме сили генерує певна операція формування і чи зможе ваш штамп її витримати?

Розрахунок сили та обмеження тоннажу преса

Ви знаєте, який метал ви формуєте і якої він товщини. Ви вибрали матеріал матриці з відомою міцністю на стиск. Критичним кроком між цими двома точками даних є кількісне визначення того, яку силу створює операція формування - і чи може ваша друкована матриця поглинути її без катастрофічного збою. Це розрахунок сили формування для 3D-друкованих штампів, про який більшість посібників ніколи не йдеться.

Оцінка сили формування листового металу

Стандартна формула тоннажу-згинання повітря,широко використовується в операціях гальмування пресів, забезпечує надійну відправну точку:

Тоннаж формування={[575 x (товщина матеріалу²)] / Ширина-отвору матриці / 12} x Довжина вигину x Коефіцієнт матеріалу

Товщина матеріалу, ширина отвору-форми та довжина згину вказано в дюймах. Константа 575 відкалібрована за холоднокатаною сталлю AISI 1035 при міцності на розрив 60 000 PSI. Щоб адаптувати це для інших металів, ви застосовуєте коефіцієнт матеріалу - відношення міцності на розрив вашого листового металу до базової лінії 60 000 PSI. Деякі загальні фактори:

• М’який алюміній (серія H-): 0.5
• Алюміній Т-6: 1.0 - 1.2
• М'яка сталь (AISI 1035): 1.0
• Нержавіюча сталь 304 (міцність на розтяг 84 000 PSI): 1.4
• Латунь (відпалена, міцність на розтяг ~45 000 PSI): 0.75

Уявіть, що ви згинаєте відпалений алюміній товщиною 1,0 мм (0,040 дюйма) через отвір матриці діаметром 6 мм (0,25 дюйма) із довжиною згину 100 мм (4 дюйми). Підставляючи ці значення: {[575 x (0,040²)] / 0,25 / 12} x 4 x 0.5=приблизно 0,06 тонни, або близько 540 Н сили. Це зручно в межах можливостей більшості нейлонових або полікарбонатних матриць.

Відносини важливо інтерналізувати: сила формування зростає разом ізплощатовщини матеріалу. Подвоївши товщину листа, ви збільшите необхідну силу в чотири рази. Це експоненціальне масштабування є причиною обмеження товщини в попередньому розділі - друковані штампи швидко вдаряються по стиснутій стелі зі збільшенням калібру.

Обмеження тоннажу преса для друкованих інструментів

Яку силу може витримати друкована матриця? Відповідь полягає в порівнянні розрахованої сили формування з міцністю на стиск матриці, розподіленою по площі контакту.

Ось концептуальна основа: якщо ваша грань матриці має контактну площу 500 мм²а матеріал матриці має межу текучості при стиску 100 МПа, теоретичне максимальне навантаження до остаточної деформації становить 50 000 Н (приблизно 5 метричних тонн). Гранична потужність преса для пластикових інструментів — це просто площа контакту матриці, помножена на його межу текучості при стиску, а потім зменшена на запас безпеки.

Ключові змінні, які інженери повинні враховувати, визначаючи, чи витримає друкована матриця після певної операції:

• Міцність листового металу на розрив- безпосередньо визначає силу формування через матеріальний фактор
• Товщина листа (в квадраті)- домінантна змінна в рівнянні сили
• Довжина вигину- довші згини створюють пропорційно більшу загальну силу
• Ширина-отвору матриці- вужчі отвори зосереджують силу та збільшують вимоги до тоннажу
• Зона контакту матриці- більші контактні поверхні розподіляють зусилля на більше матеріалу, зменшуючи локальну напругу
• Межа текучості матеріалу матриці- максимальне навантаження, яке може витримати матриця без остаточної деформації
• Коефіцієнт безпеки- обов’язкове зниження номінальних характеристик, що застосовується для врахування мінливості матеріалу та раптових режимів відмови

На особливу увагу заслуговує запас надійності для штампів, виготовлених із застосуванням добавок. Сталеві матриці, навантажені понад свою ємність, поступово деформуються - вони формуються як гриби, вони помітно піддаються, вони попереджають. Надруковані полімерні матриці не мають. Вони руйнуються раптово й без попередньої деформації, особливо тверді смоли та скло-наповнені матеріали. Цей режим крихкої відмови означає, що ви не можете покладатися на візуальний огляд, щоб виявити, що перевантажена матриця наближається до межі.

Для полімерних штампів застосовуйте мінімальний коефіцієнт надійності 3x -, тобто розрахована сила формування не повинна перевищувати одну-третину теоретичної стискальної здатності штампу. Для жорстких смол, які виходять з ладу з нульовим попередженням, більш доцільним є коефіцієнт безпеки 4x. Лише міцний нейлон і полікарбонат, які демонструють певну пластичну деформацію перед руйнуванням, можуть виправдати роботу, наближену до 2,5-кратного запасу.

Практична перевірка: обчисліть силу формування за допомогою наведеної вище формули, розділіть стисливу здатність штампа (межа текучості х площа контакту) на цю силу та підтвердьте, що отримане співвідношення відповідає вашому порогу безпеки. Якщо цього не відбувається, у вас є три варіанти - збільшити площу контакту матриці, перейти на більш міцний матеріал матриці або зменшити товщину листа. Виконання друкованої матриці біля розрахункової межі не є-заходом економії. Це шлях до раптової поломки інструменту, пошкодження заготовок і можливого пошкодження преса.

Ці розрахунки сили показують, чи можливий одиночний хід формування. Але економічність інструменту залежить від більш ніж одного штриха - терміну служби матриці, вартості ітерації та-обсягу беззбитковості порівняно зі звичайним механічним інструментом, що визначає, чи справді друковані матриці заощадять гроші протягом повного життєвого циклу проекту.

Структура витрат-вигоди та аналіз-беззбитковості

Надрукована матриця, яка коштує 40 доларів, звучить як явна перемога над обробленим інструментом за 2000 доларів. Але це порівняння ігнорує те, що насправді визначає вартість проекту: скільки деталей виробляє кожен штамп до виходу з ладу, скільки ітерацій проектування ви проходите та за якого обсягу дешевший інструмент перестає бути дешевшим. Для порівняння реальної вартості 3D-друкованого штампа та інструменту, обробленого на верстаті з ЧПК, необхідна лінза загальної вартості володіння -, яка враховує інструменти, ітерації та-економічні показники кожної деталі по всій арці розробки.

Вартість деталі понад термін служби матриці

Термін служби друкованої матриці, кількість деталей різко залежить від матеріалу та важкості формування. Добре-спроектована нейлонова матриця, яка виконує прості згини тонкого алюмінію, може витримати від 200 до 500 циклів. Жорстка смоляна матриця під помірним навантаженням може тріснути після 50-150 деталей. PLA? Часто однозначні цифри перед видимим погіршенням.

Цей термін служби безпосередньо визначає вартість деталі з 3D-друкованими матрицями. Нейлонова матриця за 40 доларів, яка виготовляє 200 якісних деталей, коштує 0,20 долара за деталь в інструменті. Сталевий штамп із ЧПК-вартістю 2000 доларів США, який виготовляє 100 000 деталей, коштує 0,02 долара за деталь. За номінальною вартістю сталь виграє -, але лише якщо вам дійсно потрібно 100 000 деталей і дизайн ніколи не змінюється.

Рівняння реальної вартості, запозиченняСтруктура загальної вартості володіннявикористовується у виробничих процесах, виглядає так:

Загальна вартість інструментів проекту=(Вартість штампа x Кількість ітерацій) + (Невдалі відбитки x Вартість матеріалу) + Робота після-обробки

Кожна зміна дизайну означає нову матрицю. З друкованими інструментами така редакція коштує 40 доларів і чотири години. З механічним інструментом це коштує 2000 доларів і від двох до чотирьох тижнів. Якщо ваш проект проходить через шість ітерацій, перш ніж завершити геометрію деталі - типовий сценарій у розробці нового продукту - друкований шлях інструменту коштує приблизно 240 доларів США у штампах. Оброблений шлях коштує 12 000 доларів США, якщо ви навіть багато разів перерізаєте-заново, замість того, щоб гадати й сподіватися.

Аналіз-беззбитковості порівняно з традиційними інструментами

Обсяг беззбитковості для друкованих штампів знаходиться в точці перетину, де сукупні витрати на-деталь інструменту для друкованої матриці дорівнюють амортизованій вартості обробленої матриці. Нижче цього обсягу друк виграє. Над ним виконується механічна обробка.

Схема зрозуміла: друковані штампи домінують на етапі прототипування та перевірки, де дизайни часто змінюються, а обсяги виробництва не матеріалізуються. Галузеві дані підтверджують, що цей динамічний - 3D-друк підтримує відносно плоску криву витрат, що сприяє малим обсягам, тоді як процеси з великими інвестиціями в інструменти стають економними лише тоді, коли NRE розподіляється на тисячі одиниць.

Кількість ітерацій - це прихований множник. Проект із двома змінами дизайну може бути беззбитковим із 300 деталями на механічному обладнанні. Той самий проект із вісьмома редакціями - не є чимось незвичайним на ранній-стадії розробки продукту -, можливо, не буде беззбитковим до 2000 деталей, оскільки кожна редакція штампів додає тисячі безповоротних витрат. Надруковані штампи майже ні за що поглинають нестабільність дизайну.

Куди зникає економічна перевага: як тільки ваш дизайн заморожено, обсяги перевищують 500 деталей, а термін служби матриці має більше значення, ніж швидкість ітерації. На цьому етапі розрив у довговічності перевершує початкову економію коштів, а кожен повторний-друк додає тертя, яке повністю усуває одна матриця із загартованої сталі.

Ця математика-беззбитковості передбачає, що ваш друкований штамп працює ізольовано. На практиці багато команд розширюють діапазон корисних друкованих інструментів, поєднуючи їх із звичайними матеріалами - гібридні підходи, які підвищують термін служби та можливості за межі того, що чистий полімер може досягти сам по собі.

Гібридні підходи та стратегії швидкої перевірки

Чисто полімерні матриці мають стелю. Чисто оброблені сталеві матриці мають мінімальну ціну. Між цими двома крайнощами знаходиться ряд гібридних інструментів для прототипування листового металу, які запозичують з обох світів -, використовуючи друковану геометрію як основу, додаючи звичайні матеріали саме там, де вони потрібні для обробки вищих навантажень, подовження терміну служби або покращення якості поверхні.

Це не екзотичні техніки. Це практичні оновлення, які команди застосовують поступово, оскільки вимоги до формування переростають те, що може забезпечити окрема друкована матриця.

Армування друкованих штампів із металевими вставками

Найпоширенішою точкою несправності друкованої форми є формувальна кромка - малий радіус, де листовий метал згинається навколо інструменту. Ця зосереджена контактна зона відчуває максимальне навантаження на стиск і зношується найшвидше. Посилення 3D-друкованих штампів металевими вставками в цих критичних зонах значно подовжує термін служби інструменту без переробки всього штампу зі сталі.

Підхід простий: сконструюйте корпус матриці з поглибленими кишенями на -ділянках сильного зношування, а потім запресуйте-або вставте загартовані сталеві штифти, дюбелі або оброблені вставки в ці кишені. Друкований корпус відповідає за об’ємну геометрію та вирівнювання, тоді як металева вставка забезпечує фактичний контакт формування. Матриця, яка може витримати 100 циклів як чистий нейлон, може досягти 1,000+ циклів зі сталевими-краями вставок.

Загальні стратегії вставки включають:

• Загартовані дюбельні штифти на радіусах згину, де листовий метал обертається навколо краю матриці
• Плоскі шліфовані сталеві пластини, прикріплені до поверхні формування для рівномірного розподілу навантаження
• Різьбові вставки, вбудовані під час друку (з використанням техніки паузи-і-вставки) для монтажу та вирівнювання

Стратегії підтримки для подовженого терміну служби штампу

Коли геометрія матриці складна, але вимоги до конструкції перевищують те, що може витримати твердий-пластик із наповнювачем, підкладка друкованої оболонки жорстким наповнювачем перетворює крихкий інструмент на міцний. Оболонки матриці з 3D-друком на епоксидній основі особливо ефективні - ви друкуєте тонкостінну матрицю з точними поверхнями формування, а потім заповнюєте внутрішню порожнину епоксидною смолою-з алюмінієвим наповненням або конструкційним уретаном.

Дослідження вгібридний швидкий інструмент із різними матеріалами основивиявили, що алюмінієва підкладка забезпечує найкращий баланс вартості, точності розмірів і ефективності процесу -, підвищуючи продуктивність на 68% порівняно з інструментами без підкладки, зберігаючи швидкість транскрипції вище 93%.

Ось розвиток гібридних стратегій посилення, упорядкованих від найпростіших до найдосконаліших:

1. Відшліфувати та покрити поверхні- Заповніть лінії шару тонкою епоксидною смолою, відшліфуйте. Додає міцність поверхні з нульовою структурною зміною корпусу матриці.
2. Запресовані металеві вставки на зношених краях- Сталеві дюбелі або заземлені шпильки на радіусах згину. Подовжує термін служби краю в 5-10 разів з мінімальною складністю конструкції.
3. Епоксидна смола-заповнює внутрішню частину матриці- Надрукуйте порожнисту оболонку з точною зовнішньою геометрією, а потім залийте всередину-епоксидну смолу з алюмінієвим наповненням. Епоксидна смола забезпечує міцність при стисканні, а надрукована оболонка зберігає точність розмірів.
4. Прикріпіть друковану матрицю до обробленої металевої опорної пластини- Використовуйте друкований компонент як точну формувальну поверхню, прикріплену болтами або прикріплену до сталевої чи алюмінієвої пластини, яка поглинає силу пресування. Це відокремлює проблему геометрії (розв’язану за допомогою друку) від структурної проблеми (розв’язану металом).
5. Використовуйте друковані штампи як шаблони для литих уретанових або епоксидних інструментів- Надрукуйте точну шаблонну геометрію, а потім відлийте робочі{1}}штампи з уретанового або епоксидного композиту від цього майстера. Один надрукований візерунок генерує кілька литих матриць, кожна з яких витримує сотні циклів. Такий підхід має сенс, коли вам потрібно кілька однакових наборів штампів або коли сам друкований матеріал не може витримувати умови формування.

Кожен крок угору збільшує вартість і час, але також збільшує можливості матриці. Ключове розуміння полягає в тому, що вам не потрібно вибирати між друкованим і звичайним - ви поєднуєте їх в інтерфейсі, де кожна технологія працює якнайкраще.

Перевірка деталей перед повним інвестуванням інструментів

Гібридні матриці вирішують проблему довговічності інструменту. Але є ширше питання перевірки, на яке не можуть відповісти лише друковані штампи: чи справді штампована деталь працюватиме у своєму кінцевому застосуванні? Сформований прототип, виготовлений із друкованого штампа, підтверджує геометрію та основну посадку, але він може не відобразити поведінку матеріалу, характеристики-пружини або якість поверхні виробничої-штампованої частини.

Саме тут робочий процес розробки отримує переваги від перевірки штампованих деталей перед виробництвом інструментів через додатковий шлях. Замість того, щоб переходити безпосередньо від друкованих-прототипів штампів до 000+ загартованих штампів за 10 доларів США, досвідчені команди впроваджують стадію швидкого прототипування, яка виготовляє фактичні металеві деталі - за допомогою обробки з ЧПК або професійного виготовлення листового металу - для підтвердження технологічності та функціональності.

Логіка розумна: ваш надрукований штамп довів, що геометрія працює. Зроблений із ЧПК-прототип або виготовлений зразок металу доводить, що деталь працює в реальних умовах, із репрезентативними властивостями-виробничого матеріалу та обробкою поверхні. Ця дво{4}}етапна перевірка виявляє проблеми DFM (кути осідання, мінімальні радіуси,-допуски на пружину) до того, як ви вкладете капітал у виробничий інструмент.

Команди, які використовують такі сервіси, якШвидке прототипування YICENусуньте цю прогалину, об’єднавши обробку з ЧПУ та виготовлення листового металу для виробництва функціональних зразків металу з раннім відгуком DFM. Результатом є підтверджена конструкція деталі -, підтверджена як геометрично (через друковані штампи), так і функціонально (через прототипи металевих деталей) - перед тим, як будь-який виробничий штамп буде вирізаний. Дво-етапна перевірка зазвичай дає змогу заощадити набагато більше на уникненні переглядів інструментів, ніж це коштує на послугах зі створення прототипів.

Гібридні стратегії розширюють те, що фізично можуть досягти друковані штампи. Але кожен підхід усе ще має межу - точку, де втома матеріалу, вимоги до сили або вимоги до об’єму виходять за межі того, що може надійно витримати будь-яка комбінація друкованих і посилених інструментів.

Обмеження та коли слід переходити до друкованих штампів

Кожен метод інструменту має габаритну відмову. Надруковані штампи не є винятком, і вдавати, що це не так, було б підірвати все, що встановлено цим посібником. Режими та обмеження відмов 3D-друкованого штампа реальні, передбачувані та -, якщо їх ігнорувати, - дорогі. Знаючи, де саме ці інструменти виходять з ладу, ви можете впевнено використовувати їх у межах вікна своїх можливостей і переходити до складніших інструментів у потрібний момент, а не надто пізно.

Коли надруковані плашки виходять з ладу

Відмова не завжди виглядає як різка тріщина під час-інсульту. Частіше це поступова деградація, яка виробляє все більш неточні деталі, поки матриця не стане непридатною для використання. Ось конкретні сценарії, коли друковані інструменти досягають своєї межі:

• Максимальний тоннаж перевищено:Полімерні матриці не можуть витримати сили, що перевищують межу текучості при стиску, помножену на площу контакту, навіть один раз. Одна подія перевантаження викликає миттєве крихке руйнування твердих смол або постійне роздавлення термопластів. Немає відновлення - кубик є брухтом.
• Втома друкованої форми та повзучість під навантаженням:Навіть при зусиллях, значно нижчих за межу-одноразового удару, багаторазове циклічне використання спричиняє накопичувальну шкоду.Деформація повзучості в 3D-друкованих полімерахвиникає, коли молекулярні ланцюги ковзають один повз один одного під дією постійного або повторного навантаження, що призводить до постійної зміни розмірів з часом. Пластмаси FDM особливо вразливі, оскільки їх нижчі температури плавлення означають, що тепло навколишнього середовища прискорює цей рух молекул. Матриця, яка ідеально вимірюється на першому циклі, може бути на 0,1-0,3 мм більшою за цикл 200.
• Температурна чутливість:Температура в майстерні вище 30-35 градусів C помітно пом’якшує PLA та стандартні смоли. Тепло,-утворене тертям під час швидких циклів, ускладнює проблему. Штамп, який добре працює в лабораторії з кліматичним контролем, може вийти з ладу в літньому гаражі або на заводі без кондиціонера.
• Межі геометричної складності:Глибоке витягування, складні криві з вузькими радіусами та прогресивні операції штампів створюють різно-направлені стани напруги, які друковані матеріали погано витримують. Розтягувальні навантаження на з’єднання шарів у штампах FDM або концентрація напруги на тонких деталях у смоляних штампах створюють непередбачувані точки руйнування, які не компенсує жодна кількість заповнення.
• Деградація поверхні:Утворюючий контакт поступово стирає та полірує поверхню матриці, змінюючи розміри зазору та передачу текстури поверхні. М’які матеріали, такі як нейлон, зношуються швидше, ніж тверді смоли, але виходять з ладу більш витончено - компромісом є повільніше розкладання та раптове розтріскування.
• Зміщення розмірів без попередження:На відміну від сталевих матриць, які помітно деформуються перед виходом з ладу, полімерні матриці можуть розповзатися, залишаючись непошкодженими. Ви не побачите проблеми, доки формовані частини не почнуть не проходити перевірку. Повзучість полімерів відбувається навіть при кімнатній температурі через їхню в’язкопружну природу, де тривале навантаження призводить до розтягування ланцюгів і постійного перегрупування.

Поріг об’єму інструментів для 3D-друкованого штампування зазвичай становить від 200 до 500 частин для добре-сконструйованих термопластичних матриць і від 50 до 150 частин для смоляних матриць за помірного навантаження. Це не жорсткі межі - вони змінюються залежно від вибору матеріалу, суворості форми та умов навколишнього середовища. Але вони являють собою зону, де сукупний знос, повзучість і відхилення розмірів роблять кожну наступну деталь менш надійною, ніж попередня.

Порогові значення обсягу та перехід до виробничого оснащення

Знати, коли переходити з друкованих на оброблені штампи, не є єдиним моментом прийняття рішення. Це прогрес, який слідує за природною аркою розвитку продукту:

1. Надруковані штампи для перевірки геометрії (1-50 деталей):Переконайтеся, що кути згину, глибина форми та загальна форма працюють згідно з проектом. Прийміть недоліки поверхні та різницю розмірів як ціну швидкості.
2. Швидкий-прототип металевих частин для функціонального тестування (5-20 деталей):Після перевірки геометрії за допомогою друкованого-штампування виготовте фактичні металеві деталі за допомогою обробки з ЧПК або професійного виготовлення, щоб підтвердити поведінку матеріалу,-відновлення та ефективність у реальних умовах експлуатації. Послуги якШвидке прототипування YICENподолайте цю прогалину, надавши прототипи та готові металеві деталі з ЧПК-, які підтверджують технологічність - виявлення проблем DFM, перш ніж інвестувати в інструменти з підвищеною міцністю.
3. Виробничий інструмент для обсягу (500+ частин):Маючи перевірену геометрію та підтверджену технологічність, інвестуйте в сталеві матриці-з ЧПУ з впевненістю, що дорогий цикл перегляду не чекає.

Цей поетапний підхід мінімізує загальний ризик проекту. Надруковані штампи поглинають нестабільність дизайну раннього розвитку. Швидкі-прототипи металевих частин підтверджують, що остаточний дизайн дійсно можна виготовити в масштабі. Виробничі штампи вирізаються лише один раз для замороженого дизайну.

Перш ніж вибрати будь-який підхід, ознайомтеся з цим контрольним списком оцінки для конкретної програми:

• Ваша сила формування нижча-третини стисливої ​​здатності матеріалу матриці? Якщо ні, друковані інструменти занижені.
• Вам потрібно більше 500 однакових деталей? Якщо так, економіка надає перевагу обробленим штампам незалежно від можливостей друкованих штампів.
• Чи потрібна якість обробки поверхні сформованої частини нижче Ra 1,6? Надруковані штампи без ретельної обробки цього не забезпечать.
• Чи працюватиме матриця при температурах вище 35 градусів C? Фактор розм'якшення матеріалу та прискореної повзучості.
• Геометрія передбачає глибоку витяжку чи складені форми з напругою розтягування на поверхні матриці? Це штовхає друковані матеріали на непередбачувану територію провалу.
• Чи можете ви допустити коливання розмірів від +/- 0.2 до 0,5 мм під час виробництва? Якщо потрібна міцніша консистенція, відповіддю стане сталевий інструмент.

3D-друковані штампи не замінюють звичайні інструменти. Це прискорювач етапу-розробки, який зводить тижні часу виконання й тисячі доларів на години й кишенькові гроші - в рамках визначених можливостей. Використовуйте їх там, де вони найкращі, переходьте, коли вони цього не роблять, і ви отримаєте виробничі інструменти швидше, дешевше та з меншою кількістю сюрпризів, ніж команди, які повністю пропускають етапи перевірки.

Поширені запитання про штампи для 3D-друку

1. Скільки деталей може виготовити штамп для 3D-друку, перш ніж він вийде з ладу?

Термін служби матриці значною мірою залежить від матеріалу друку та важкості формування. Добре-розроблені нейлонові або полікарбонатні матриці, що виконують прості згини тонкого алюмінію, зазвичай витримують від 200 до 500 циклів. Жорстка смола вмирає під помірним навантаженням і служить приблизно від 50 до 150 частин. Фільтри PLA часто руйнуються в межах одно-цифрового використання. Гібридні підходи, такі як додавання сталевих вставок у радіусах вигину або епоксидне{10}}заповнення внутрішньої частини матриці, можуть подовжити термін служби до 1000+ циклів шляхом посилення високих{13}}контактних зон із зношуванням, зберігаючи при цьому друкований корпус для об’ємної геометрії.

2. Які метали можна штампувати за допомогою 3D-друкованих штампів?

М’які, пластичні метали у відпаленому стані найкраще працюють із полімерними матрицями. Відпалені алюмінієві сплави (1100, 3003, 5052, 6061-O) є ідеальними кандидатами, за ними слідують відпалена латунь, м’яка мідь і тонка-м’яка сталь. Нержавіюча сталь, як правило, є верхньою межею, обмежена дуже тонким матеріалом (менше 0,6 мм) із високо-міцними матеріалами, такими як нейлон із вуглецевого-волокна. Завжди вказуйте відпал або м’який відпуск, коли замовляєте листовий метал для друкованого формування, оскільки більш твердий відпуск може подвоїти необхідну силу вигину.

3. Чи є штампи для 3D-друку дешевшими, ніж інструменти з ЧПУ?

Для створення прототипів і обсягів менше 500 деталей друковані штампи коштують значно дешевше. Одна нейлонова матриця коштує від 15 до 50 доларів США проти 1500–10 000 доларів США за сталь, оброблену-з ЧПК. Перевага в ціні зростає з кожною ітерацією дизайну, оскільки повторний друк виправленої матриці коштує дрібних грошей порівняно з повторною -обробкою. Однак економіка змінюється на 500–1000 деталей, тому що оброблена сталь вимирає протягом 50 000–500000+ циклів, а вартість інструменту на-деталь становить менше 0,10 дол. США. Такі команди, як служба швидкого прототипування YICHEN, допомагають подолати цю прогалину, перевіряючи технологічність деталей за допомогою-прототипів металевих зразків із ЧПК, перш ніж використовувати дорогі виробничі матриці.

4. Який найкращий матеріал для 3D-друку для штампів?

Посилений вуглецевим-волокном-нейлон забезпечує найвищу загальну ефективність для більшості застосувань штампів. Він поєднує в собі міцність на стиск приблизно від 100 до 130 МПа з чудовою стабільністю розмірів, низьким тепловим розширенням і стійкістю до повзучості при повторних навантаженнях. Для бюджетного прототипування стандартний нейлон (PA6 або PA12) забезпечує хороший баланс міцності та вартості. Жорсткі інженерні смоли з принтерів SLA забезпечують чудову обробку поверхні та ізотропію, але раптово виходять із ладу без попередження через перевантаження. Вибір матеріалу повинен відповідати вашим конкретним вимогам до сили формування, кількості циклів і якості поверхні.

5. Як ви обчислюєте, чи здатна 3D-друкована матриця виконувати певну операцію формування?

Обчисліть необхідну формувальну силу, використовуючи формулу потужності повітряного-вигину, яка враховує товщину листа в квадраті, довжину згину,-ширину отвору матриці та множник матеріалу на основі міцності на розрив сплаву. Потім порівняйте цю силу зі стискальною здатністю вашої матриці (межа текучості, помножена на площу контакту). Застосовуйте мінімальний коефіцієнт надійності 3x для термопластів і 4x для твердих смол, оскільки полімерні матриці ламаються раптово без попередження, на відміну від сталевих матриць, які деформуються поступово. Якщо коефіцієнт безпеки падає нижче порогового значення, збільште площу контакту з матрицею, перейдіть на більш міцний матеріал або зменшіть товщину листа.