Руководство по быстрому изготовлению оснастки

Литье под давлением — один из самых популярных производственных процессов для термопластичных, силиконовых и резиновых моделей. Внедрение быстрого изготовления оснастки в процесс литья под давлением может значительно снизить расходы, которые несут производители из-за чрезмерно высокой стоимости традиционной металлической оснастки.  

Благодаря доступным по цене настольным 3D-принтерам и термостойким материалам для 3D-печати вы можете самостоятельно создавать пресс-формы для производства функциональных прототипов и небольших моделей из производственной пластмассы. 

В случае мелкосерийного производства (примерно 10–1000 моделей) пресс-формы для литья под давлением, созданные с помощью 3D-печати, позволяют сэкономить время и деньги, отказавшись от дорогих металлических пресс-форм. Они также обеспечивают гибкость производства и разработки продуктов, позволяя инженерам и проектировщикам создавать функциональные прототипы или мелкосерийные конечные модели. Благодаря быстрому изготовлению оснастки производители могут подтвердить выбор материала и продолжать разрабатывать конструкции с минимальными затратами времени и средств, прежде чем инвестировать в постоянную оснастку.

Стереолитографическая (SLA) 3D-печать — доступная альтернатива фрезерованию алюминиевых или стальных пресс-форм на станке. Модели, напечатанные на стереолитографическом 3D-принтере, твердые и изотропные, а используемые материалы обладают температурой тепловой деформации 238 °C при 0,45 МПа. Это значит, что они выдерживают температуру и давление при литье под давлением.

Контрактный производитель из Шэньчжэня Multiplus использует пресс-формы, напечатанные из стеклосодержащего термостойкого материала Rigid 10K Resin на 3D-принтере SLA Form 3. Это позволяет компании сократить время изготовления партий из ста моделей с четырех недель до трех дней.

Аналогичным способом были произведены ремни для аварийных масок нефтехимической компании Braskem, а также прототипы и опытные образцы производителя ручных машин для литья под давлением Holimaker.

Являясь альтернативой среднесерийному производству от 500 до 10 000 деталей, обработка пресс-форм из алюминия на станке позволит снизить постоянные затраты на производство. Обработка алюминия выполняется в пять-десять раз быстрее, чем обработка стали, а также приводит к меньшему износу оборудования. В результате время выполнения заказа сокращается, а затраты снижаются. Кроме того, алюминий проводит тепло лучше, чем сталь, что снижает потребность в охлаждающих каналах и позволяет производителям упростить процесс проектирования пресс-формы при одновременном сохранении такой же небольшой продолжительности цикла.

Термоформование — это производственный процесс, который охватывает все способы формования листовых термопластов, таких как вакуумное формование и пневмоформование. Процессы термоформования позволяют производителям изготавливать детали из различных термопластичных материалов и композитов. 

Многие предприятия обращаются к 3D-печати для получения пресс-форм, так как она предлагает быстрое время изготовления и низкую стоимость, особенно для мелкосерийного производства нестандартных деталей и опытных образцов. 3D-печать также открывает непревзойденные возможности при проектировании сложных форм. Используйте стереолитографический принтер Form 3+ для изготовления небольших пресс-форм и крупноформатный стереолитографический принтер Form 3L для пресс-форм размером до 33,5 × 20 × 30 см.

Компания по разработке продуктов Glassboard использует высокую скорость печати Draft Resin для быстрого изготовления пресс-форм и прототипов из поликарбоната, изготовленных методом термоформования, таких как корпуса шлемов или упаковки. Это позволяет создавать сложные пресс-формы, которые было бы трудно изготовить традиционным способом, включая мелкие элементы и отверстия для лучшего распределения вакуума по поверхности.

До внедрения 3D-печати производитель косметики Lush изготавливал мастер-формы для своих популярных продуктов самостоятельно. Теперь компания использует технологию, чтобы создавать пресс-формы для вакуумного формования со сложной геометрией и текстурой. 3D-печать позволяет команде переходить от концепций к моделям менее чем за 24 часа и на практике проверять более тысячи дизайнерских идей каждый год.

Быстрое изготовление оснастки методом 3D-печати также идеально подходит для экономически эффективного изготовления нестандартных конечных моделей. Например, вакуумное формование 3D-моделей — популярный метод изготовления прозрачных элайнеров в ортодонтии.

Напечатанные пресс-формы также можно использовать для ламинирования высококачественных композитных материалов, таких как углеродное волокно. 3D-принтеры SLA обеспечивают необходимую гладкость поверхности пресс-форм.

Команда Берлинского технического университета Formula Student вручную ламинирует модели для гоночных автомобилей из углеродного волокна с помощью напечатанных пресс-форм. Пресс-форма, напечатанная с Tough 1500 Resin, обладает достаточной прочностью, чтобы удерживать модель во время укладки, и гибкостью, которая позволяет легко отделить ее от пресс-формы после полимеризации.

Быстрое изготовление оснастки с печатью пресс-форм также может использоваться для литья пластиковых, силиконовых или резиновых моделей, а также многослойного литья со вставкой или внутреннего оборудования. 

Команда Google ATAP использовала напечатанные заменители и суррогатные модели вместо отлитых электронных узлов для начальной настройки инструмента на заводе.

Дизайнеры из лаборатории передовых технологий и проектов Google (ATAP) смогли снизить расходы более чем на 100 000 долларов и сократить испытательный цикл с трех недель до трех дней, используя комбинацию 3D-печати и литья со вставкой. Ранее команда Google ATAP использовала дорогостоящие электронные детали, которые приходилось заказывать у поставщика. Но после внедрения технологии компания обнаружила, что с помощью 3D-печати испытательных образцов можно сэкономить время и средства.

Dame Products — это стартап, расположенный в Бруклине, занимающийся производством продукции для медицины и здоровья. Компания использует в производстве литье со вставкой из силикона и инкапсулирует изделия для изготовления индивидуальных прототипов. Линейка продуктов Dame Products включает в себя сложные эргономичные геометрические элементы, полностью инкапсулированные в слой безопасного для кожи силикона ярких цветов.

Инженеры Dame Products могут прототипировать десятки изделий для литья со вставкой ежедневно, используя три или четыре пресс-формы, напечатанные с помощью технологии стереолитографии. Пока силиконовый каучук одного прототипа затвердевает, следующий можно извлечь из пресс-формы и подготовиться к другой заливке. Конечная обработка и очистка извлеченных из пресс-форм прототипов производится одновременно. Когда прототипы изделий возвращают в компанию, они обесцвечиваются и с них удаляют тонкий слой силикона. Таким образом внутреннее изделие можно повторно использовать для создания нового прототипа.

Быстрое изготовление оснастки для прессования в пресс-форме можно использовать при производстве термопластичных, силиконовых, резиновых и композитных моделей. Для прототипирования моделей малого или среднего размера 3D-печать может быть самым дешевым и быстрым способом создания пресс-форм. С помощью программного обеспечения САПР можно быстро выполнять итерации, печатать модели и тестировать их. 3D-печать чаще всего используется для прессования в пресс-форме без нагрева.

Производитель кухонной техники OXO использует 3D-печать для прототипирования резиновых компонентов, таких как прокладки, путем прессования двухкомпонентного силикона с использованием напечатанных пресс-форм.

Инженеры, дизайнеры, ювелиры и любители смогут оценить скорость и гибкость 3D-печати за счет комбинирования процессов литья металлов, таких как непрямое литье по выплавляемым моделям, прямое литье по выплавляемым моделям, литье из олова и литье в песчаные формы, с напечатанными моделями или отливкой металла в напечатанные пресс-формы. Отлитые металлические модели с использованием инструментов для быстрой 3D-печати требуют меньше времени и средств, чем традиционное литье. 

Стереолитографические 3D-принтеры предлагают высокую точность и широкий ассортимент материалов, которые позволяют изготавливать металлические модели дешевле и быстрее по сравнению с традиционными методами и обеспечивают большую свободу проектирования. 

Обычно небольшие партии моделей для прямого литья по выплавляемым моделям вырезаются вручную или обрабатываются на станке. Однако 3D-печать позволяет ювелирам печатать образцы напрямую, устраняя ограничения, характерные для других процессов. 

3D-печать также можно использовать, чтобы создавать образцы для литья в песчаные формы. По сравнению с традиционными материалами, такими как ​​дерево, 3D-печать позволяет создавать сложные формы и сразу переходить от моделирования к литью. 

С помощью 3D-печати производители также могут напрямую печатать пресс-формы, используя термостойкие полимеры, такие как High Temp Resin или Rigid 10K Resin. Эту технологию можно также использовать для создания пресс-форм для прямого литья из олова.

Помимо производства металлов, литье также является популярным методом изготовления силиконовых и пластиковых деталей для медицинских устройств, аудиологии, безопасных для пищевых продуктов изделий и многого другого.

Производитель медицинского оборудования Cosm производит специальные пессарии для пациентов с заболеваниями тазового дна. Компания печатает пресс-формы на 3D-принтере SLA и создает детали, заполняя их биосовместимым медицинским силиконом. Быстрое изготовление оснастки с помощью 3D-печати позволяет создавать нестандартные модели без высоких затрат на традиционные инструменты.

Изготовление нестандартных ушных вкладышей с помощью 3D-печати также произвело революцию в области аудиологии для таких изделий, как слуховые аппараты, средства защиты от шума и индивидуальные наушники. Цифровое производство позволяет достичь большего контроля и точности по сравнению с традиционным производством пресс-форм, значительно сокращая количество ошибок и переделок.

Быстрое изготовление оснастки можно эффективно применять во многих сферах, в том числе для формования листового металла. Принтеры SLA способны изготавливать высокоточные инструменты с превосходными характеристиками и гладкой поверхностью. Широкий ассортимент материалов с различными механическими свойствами позволяет выбрать подходящий полимер и оптимизировать процедуру формования. Полимеры SLA изотропны и остаются более стабильными под нагрузкой, чем другие материалы для 3D-печати. Инструменты из пластмассы не требуют полировки, так как пластмассовые штампы не отпечатываются на листе, в отличие от металлических. 

Использование 3D-печати почти не сказывается на процессе формования листового металла. Отличия появляются только на этапах проектирования и печати инструмента, состоящего из верхнего и нижнего штампов. При этом металлическая заготовка помещается между двумя пластмассовыми штампами и деформируется с помощью гидравлического пресса или другого формовочного оборудования.

3D-печать — это самый эффективный и доступный способ быстрого изготовления оснастки для различных областей применения. 3D-печать по-разному используется при прямом и непрямом быстром изготовлении оснастки для разработки функциональных инструментов, таких как пресс-формы, образцы и штампы, которые применяются в традиционных производственных процессах.

3D-принтеры SLA предлагают универсальные решения для изготовления инструментов в зависимости от технологии. Модели, напечатанные на 3D-принтере SLA, точны, водонепроницаемы, имеют гладкую поверхность, которая идеально подходит для пресс-форм, и могут воспроизводить сложную геометрию деталей.

Высокоэффективные материалы SLA легко интегрируются в промышленные рабочие процессы для создания прочных, гладких пресс-форм и высокодетализированных образцов, с помощью которых можно изготавливать сотни моделей.

3D-печать позволила значительно упростить быстрое изготовление оснастки своими силами. Рабочая станция для 3D-печати доступна в цене и не требует специальных навыков, что позволяет компаниям изготавливать инструменты в течение 24 часов и быстро выполнять итерации проектов.

Механическая обработка — один из наиболее распространенных методов изготовления традиционной и постоянной оснастки. Его также можно эффективно применять и для быстрого изготовления оснастки. Вместо прочных металлов, таких как сталь или никелевые сплавы, при быстром изготовлении останки чаще всего используют модельные плиты, дерево, пластик или алюминий.

По сравнению с инструментами, напечатанными на 3D-принтере, механические инструменты из мягких материалов более эффективны для крупноформатных инструментов простой формы. Однако они требуют значительных трудовых и денежных затрат при работе со сложной конструкцией. Алюминиевые инструменты более долговечны и обычно используются для мелкосерийного и среднесерийного производства, особенно в литье под давлением.

Инструменты для обработки отличаются высокой ценой, требуют обученных операторов и сложны в работе по сравнению с 3D-принтерами, которые больше подходят для производства единичных моделей, например при выполнении итераций прототипа инструмента. В результате многие компании передают механическую обработку сторонним организациям, что часто сопровождается значительным увеличением срока заказа.