EN
3D басылу арқылы прототип жасау: Өндіріске көшуге дейін тез дизайн қайталануы
Тұтыну электроникасының өндірушісі жаңа смартфон рамасын әзірлеу барысында үш әртүрлі алюминий қорытпасының түрлерінің соққыға төзімділігін бағалауға тура келді. Дәстүрлі әдіс — экструзияланған шикізаттан прототиптерді фрезерлеу — әрбір дизайның қайталануы үшін төрт апта уақытты қажет етті және командаға әрбір қорытпадан бір ғана геометриялық пішін таңдауға мәжбүр етті, себебі кешенді ішкі қабырғалы құрылымдарды қатты білеушадан фрезерлеу өте қымбат болды. Бір лазерлік 3D басып шығару прототипі қызмет DED технологиясын қолдана отырып, алюминий сымын қоректік ретінде пайдалана отырып, 12 күн ішінде барлық тоғыз комбинацияны (үш қорытпа × үш геометрия) шығарды. Сынақтардың нәтижесінде бірінші аптада екі дизайн жоюға ұшырады, ал жеңімпаз геометрия өндіріске дайындау мерзімінен үш ай бұрын қалыптастыруға көшірілді.
А лазерлік 3D басып шығару прототипі физикалық бөлшекті тезірек шығарудан көп нәрсе істейді. Ол тарихи түрде дизайнерлерді сынақтан өткізбес бұрын жалғыз ғана концепцияға қатысуға мәжбүр еткен қалыптастыру кедергісін жояды — бұл қатысу өндіріске дайындау бағытында жылжу сайын кері қайтаруға барынша қымбатқа түсетін қатысу болып табылады.
Тәжірибелік үлгілердің тұйықталуы
Дәстүрлі металлдық прототиптау әдістерінің әрқайсысы негізгі шектеулерге ие. Қатты материалдан CNC-фрезерлеу кезінде құралдар жететін кез келген геометриялық пішінді алуға болады — бірақ ішкі каналдар, торлы құрылымдар және топологиялық оптимизацияланған органикалық пішіндер немесе мүлдем орындалмайды, немесе көп осьті орнатулар мен кең көлемді қондырғылар қажет етеді. Әрбір жобалау өзгерісі бағдарламаны қайта жазуды, жаңа қондырғыларды және жаңа орнату уақытын қажет етеді. Инвестициялық құйма күрделі пішіндерді шығара алады, бірақ бұл үшін балшық үлгісінің калыбы қажет — бұл 5 000–30 000 долларға тұратын, төрттен сегіз апта ішінде дайындалатын және бір ғана геометрияға арналған құралдар. Металлдық инъекциялық құю да сол құралдар кедергісіне ие, бірақ калып бағасы одан да жоғары.
Нәтижесінде көптеген металл өнімдердің даму бағдарламалары әрбір итерациясы апталарға созылып, мыңдаған доллар тұратындықтан, талап етілетін сипаттамаларға сай болу үшін қажетті ең аз шамасы екі немесе үш дизайн нұсқасын сынақтан өткізеді — ал егер әрбір итерация қымбат тұрмаса, онда бес пен он арасындағы нұсқалар зерттелер еді. Ең жақсы дизайн жиі сынақтан өтпейді, себебі итерациялардың экономикалық тиімділігі оны анықтауға мүмкіндік беретін зерттеуді қиындатады.
Лазерлік 3D баспа құрылғысы прототиптердің экономикасын қалай өзгертеді
А лазерлік 3D басып шығару прототипі жүйе — лазерлік ұнтақты DED, доғалық WAAM немесе лазерлік сымды DED — CAD деректерінен тікелей металл бөлшектерді дайындайды; ол үшін ешқандай құрал-сайман, ешқандай қондырғылар және бастапқы құрылыс тақтасын дайындаудан басқа ешқандай дайындық қажет емес. CAD файлы CAM бағдарламасы арқылы өңделеді, ол депозициялау траекториясын генерациялайды, ал машина бөлшекті қабаттап құрады. Дизайн өзгерген кезде CAD файлы жаңартылады және бағдарлама жаңа траекторияны генерациялайды — қайта бағдарламалау, жаңа құрал-сайман немесе жаңа қондырғылар қажет емес.
Циклдық уақыттағы артықшылық шешуші. Өңделген металдан жасалған прототип CAM бағдарламалауын (2–8 сағат), станокты орнату мен бекіту (4–16 сағат), өңдеу (күрделілігіне қарай 4–40 сағат) және екіншілік операцияларды қажет етеді. Жалпы циклдық уақыт: қарапайым бөлшектер үшін әрбір итерацияға 2–10 күн, күрделі бөлшектер үшін 2–6 апта. Бір лазерлік 3D басып шығару прототипі cAM бағдарламалауын (автоматтандырылған бағдарламалық жасақтамамен 0,5–2 сағат), құрылыс тақтасын дайындауды (0,5 сағат), депозициялауды (өлшеміне қарай 2–20 сағат) және постпроцессингті — әдетте қолдау элементтерін алу мен минималды жабдықтау өңдеуін қажет етеді. Жалпы циклдық уақыт: геометриялық күрделіліктен тәуелсіз 1–5 күн. Ішкі каналдар, торлы құрылымдар және топологиялық оптимизацияланған пішіндер қосымша уақыт қажет етпейді — олар өңдеуге сағаттардан күндерге дейін уақыт қосады.
Бағдарламалық құрал компоненті лазерлік 3D басып шығару прототипі жүйелер құрылымдық дайын траекторияларды жасауға маман емес инженерлердің қолдана алатындай деңгейге жеткен. Арналған DED CAM платформалары әртүрлі жылу көздерін (доғалы, лазерлік, плазмалық), әртүрлі қоректендіру түрлерін (сима, ұнтақ) және әртүрлі қозғалыс жүйелерін (CNC, робот) қолдайды. Траекторияны оптималдау алгоритмдері материалға тән талаптарға сәйкес шикізаттың жабысу параметрлерін автоматты түрде басқарады. Симуляциялық құралдар қол жетімділікті тексереді, соқтығысуларды анықтайды және металл субстратқа жетпей-ақ құрылымдық стратегияны растайды.
Нұсқаларды параллельді түрде сынау
Себебі лазерлік 3D басып шығару прототипі жүйеде әрбір дизайн өзгерісі үшін құрал-снаряд шығыны болмайды, сондықтан көптеген нұсқаларды бір уақытта немесе тізбектелген түрде шамалы шығынмен — яғни шикізат пен машина уақыты құнымен өндіруге болады. Инвестициялық құйма прототиптері үшін 9 дизайн нұсқасын дайындауға 45 000–270 000 доллар құрал-снаряд шығыны кетеді, ал қосымша технологиямен дайындалған прототиптер үшін осы нұсқалардың шығыны 4 500–9 000 долларға тең — бұл 90%-дық шығындардың азайтуы, яғни нағыз дизайн зерттеуін экономикалық тұрғыдан іске асыруға мүмкіндік береді.
Қауіп азайту көрсеткіші тікелей шығын үнемдеуінен асады. Тәжірибелік үлгіні сынақтан өткізу кезінде конструкциялық ақау анықталса, қосымша тәжірибелік үлгіні дайындау үшін материалдар мен уақыт жұмсалады — бірнеше мың доллар және бірнеше күн. Ал $100 000 инвестицияланған инжекциялық формалар немесе соғу құрал-саймандарын дайындағаннан кейін осы ақау анықталса, барлық құрал-сайманға кеткен қаржы және қайта жасауға кететін мерзімдік кешігу де қосылады. лазерлік 3D басып шығару прототипі қателердің пайда болу нүктесін қателердің құны төмен болатын әзірлеу циклының ерте кезеңіне орындайды.
Жиі қойылатын сұрақтар
Лазерлік 3D басып шығару үлгісі металдық бөлшекті қанша жылдам өндіре алады?
Функционалдық металдық үлгі CAD файлын қабылдағаннан кейін 1–5 күн ішінде дайындалады; бұл бөлшектің өлшемі мен материалына байланысты. Кіші титан немесе болат бөлшектер (500 граммнан аз) сағаттар ішінде дайындалады. Орта өлшемді компоненттер (5–20 килограмм) депозициялауға 1–2 күн және соңғы механикалық өңдеуге қосымша уақыт қажет етеді. Цикл уақыты геометриялық күрделіліктен тәуелсіз — ішкі элементтері бар органикалық пішіндер қарапайым блоктар сияқты тез басылып шығарылады.
Лазерлі 3D-басып шығару арқылы жасалған прототиптердің құны CNC-тің өңдеу прототиптерімен салыстырғанда қандай?
Қарапайым геометриялық пішіндер үшін CNC-тің өңдеуі әдетте бір бөлшекке келетін құны төменірек. Күрделі геометриялық пішіндер — ішкі каналдар, торлы құрылымдар, топологиялық оптимизацияланған пішіндер және көп осьті орнатуларды талап ететін бөлшектер үшін қосылатын прототиптау әдісі күрделілік құнға әсер етпейтіндіктен, 30–70% арзанырақ. Қосылатын әдістер үшін дизайнды өзгерту құны шамамен нөлге тең (тек бағдарламалық жасақтамада қайта жасау), ал CNC-тің өзгерістері қайта бағдарламалауды және жаңа қысқыштарды орнатуды талап етеді.
3D-басып шығарылған металл прототипті өндірістік бөлшек ретінде сынауға бола ма?
Иә. Лазерлі DED және WAAM прототиптері толық тығыз металдан жасалған, олардың механикалық қасиеттері көрсетілген шынықтырылған материалдардың сипаттамаларын қанағаттандырады немесе олардан асады. Прототиптер өндірістік бөлшектермен бірдей механикалық сынақтардан — созылуға, циклдық тозуға, қаттылыққа, коррозияға төзімділікке — өтеді. Қосылатын процестерге тән тез қатаятын құбылыс көбінесе дәнді құрылымды жақсартып, қалыпты өңделген материалдарға қарағанда жоғары қасиеттер береді.
Лазерлі 3D басып шығару бойынша прототиптар үшін қандай материалдарды қолдануға болады?
Титан қорытпалары (Ti-6Al-4V), никель негізіндегі суперқорытпалар (Inconel 625, 718), коррозияға төзімді болаттар (316L, 17-4PH), алюминий қорытпалары, құралдық болаттар және кобальт-хром қорытпалары коммерциялық түрде қолжетімді. Прототиптау үшін қолданылатын материал өндіріс материалымен бірдей болуы мүмкін, ол прототиптың сынақ нәтижелері мен өндірістегі бөлшек сапасы арасында тікелей сәйкестікті қамтамасыз етеді.
Прототиптау процесін қайта сертификаттаусыз өндіріске ауыстыруға бола ма?
Иә, прототиптау мен өндіріс үшін бірдей DED құрылғысы мен процесстің параметрлері қолданылған кезде. Жылу тарихы — салқындату жылдамдығы, қабаттар арасындағы температура және жинақталған геометрия — бірдей бақыланады. Прототиптау кезінде расталған процесстің параметрлері тікелей өндіріске беріледі. Бұл прототиптау әдістері (жиі механикалық өңдеу) мен өндіріс процестері (құю немесе соғу) арасындағы дәстүрлі айырма — бұл айырма әртүрлі материалдың сертификаттауын талап етеді — жойылады.
Лазерлік 3D басып шығару прототипы бағдарламасы қанша дизайн қайталануын қолдай алады?
Типтік даму бағдарламасы 6–12 апталық прототиптау кезеңінде 5–15 дизайн қайталануын қолдайды. Әрбір қайталану 1–5 күндік цикл уақыты мен материалдар мен машина уақытының шекті құнында сынақ нәтижелеріне негізделген қайта қарау мен дизайн жетілдірулерін қамтиды. Бұл қайталану өткізгіштігі дәстүрлі прототиптау әдістерімен қолданылатын көрсеткіштен 3–5 есе жоғары болып табылады, сондықтан құрал-жабдықтарға инвестициялауға дейін дизайнды тереңірек оптимизациялауға мүмкіндік береді.