EN
3Д штампање прототипа: брза итерација дизајна пре производње
Произвођач потрошачке електронике који развија нови оквир паметног телефона требао је да процени три кандидата за дизајн алуминијумске легуре за перформансе тестова падања. Традиционални приступ обрада прототипа из екструдисаног материјала захтевала је четири недеље по итерацији дизајна и ограничила тим на једну геометрију по легу, јер је обрада сложених унутрашњих ребраних структура из чврстог билета била непроценљиво скупа. А прототип ласерског 3Д штампања у току 12 дана, у току 12 дана, сервис је произвел све девет комбинација (три легуре × три геометрије) користећи ДЕД технологију са алуминијумском жицом као сировином. Тестирање падања елиминисало је два дизајна у првој недељи, а победничка геометрија се преселила на обавезу на алате три месеца раније од планираног.
A прототип ласерског 3Д штампања чини више од бржег производње физичког дела. Уклоњава баријеру алата која је историјски приморала дизајнерске тимове да се посвете једном концепту пре него што га тестирају - обавеза која постаје експоненцијално скупља за обрну када се пројекат креће ка производњи.
Прототип залоге
Традиционални путеви за производњу металних прототипа имају фундаментална ограничења. ЦНЦ обрада од чврстог материјала може произвести било коју геометрију коју алати могу постићи, али унутрашњи канали, решетчане структуре и тополошки оптимизовани органски облици су или немогући или захтевају мултиосину поставку са обимним фикширањем. Свака промена дизајна значи репрограмирање, нове опреме и ново време постављања. Инвестициона ливање производи сложене облике, али захтева васко образац $ 5,000-30,000 у алатима који трају четири до осам недеља за производњу и посвећени је једној геометрији. Метално убризгавање дели исту баријеру алата са још већим трошковима штампања.
Резултат је да већина програма за развој металног производа тестира две до три варијанте дизајна - минимум неопходан за испуњење спецификације - уместо пет до десет који би се истраживали ако свака итерација не кошта недеља и хиљаде долара. Најбољи дизајн се често не тестира јер итерацијска економија спречава истраживање које би га открило.
Како ласерска 3Д штампања мења економију прототипа
A прототип ласерског 3Д штампања систем без обзира да ли је ласерски прах ДЕД, лучни WAAM или ласерска жица ДЕД производи металне делове директно из ЦАД података без алата, без опреме и без монтаже изван почетне припреме плоче за изградњу. ЦАД датотека се обрађује помоћу ЦАМ софтвера који генерише пут алата за депонирање, а машина депонира метал слој по слој како би изградила део. Када се дизајн промени, ЦАД датотека се ажурира и софтвер генерише нови пут алата без репрограмирања, без нових алата, без нових уређаја.
Предност времена циклуса је одлучујућа. Прототип обрађеног метала захтева ЦАМ програмирање (2-8 сати), поставку и фикширање машине (4-16 сати), обраду (4-40 сати у зависности од сложености) и секундарне операције. Укупно време циклуса: 2-10 дана по итерацији за једноставне делове, 2-6 недеља за сложене делове. А прототип ласерског 3Д штампања потребно је ЦАМ програмирање (0,5-2 сата са аутоматизованим софтвером), припрема плоча за изградњу (0,5 сата), депозиција (2-20 сати у зависности од величине) и пост-процесинг. Укупно време циклуса: 1-5 дана без обзира на геометријску комплексност. Унутрашњи канали, решетчане структуре и тополошки оптимизовани облици не додају времена за производњу адитива; додају сатима до дана у обради.
Софтверска компонента прототип ласерског 3Д штампања системи су зрели до тачке када неспециалисти инжењери могу да генеришу готове путеве алата. Одређене ДЕД ЦАМ платформе подржавају више извора топлоте (лука, ласер, плазма), више облика сировина (жица, прах) и више система покрета (ЦНЦ, робот). Алгоритми оптимизације путања аутоматски управљају параметрима депозиције за захтеве специфичне за материјал. Симулационе алате верификују доступност, откривају сукобе и валидују стратегију изградње пре него што метал додирне субстрат.
Испитивање варијанти паралелно
Јер прототип ласерског 3Д штампања систем не троши трошкове алата по промени дизајна, више варијанти се могу производити истовремено или секвенцијално на граничне трошкове једнаке материјалу и време машине. Девет варијанти дизајна које би коштале 45.000-270.000 у алатима за прототипе инвестиционог ливања коштале су 4.500-9.000 у материјалима и временом машине за адитивне прототипе 90% смањење трошкова које чини стварно истраживање дизајна економски изводљивим.
Вредност смањења ризика прелази директну штедњу трошкова. Откривање недостатка у дизајну током тестирања прототипа кошта материјале и време за додатну итерацију прототипа - неколико хиљада долара и неколико дана. Откривање исте грешке након што је потрошено 100.000 долара на убризгавање или ковање алата кошта целу инвестицију у алате плус кашњење у репрограмирању. У прототип ласерског 3Д штампања помера тачку неуспеха раније у циклусу развоја када су неуспехи јефтини.
Често постављана питања
Колико брзо ласерски 3Д штампач може да произведе метални део?
Функционални метални прототип може се произвести за 1-5 дана од пријема ЦАД датотека, у зависности од величине делова и материјала. Мали титанијумски или челични делови (мање од 500 грама) завршени у сат времена. Компоненте средње величине (5-20 килограма) захтевају 1-2 дана депозиције плус завршну обраду. Време циклуса је независно од геометријске сложености органски облици са унутрашњим карактеристикама се штампају брзо као једноставни блокови.
Како се трошкови ласерских 3Д штампача упоређују са ЦНЦ обрађивањем?
За једноставне геометрије, ЦНЦ обрада је обично јефтинија по делу. За сложене геометрије унутрашње канале, решетчане структуре, тополошко оптимизоване облике и делове који захтевају мултиосилне подесе адитивно прототипирање је 30-70% јефтиније јер сложеност не додаје трошкове. Трошкови за промену дизајна за адитив су близу нуле (само регенерација софтвера), док ЦНЦ промене захтевају репрограмирање и нове фикшаре.
Да ли се 3Д штампани прототип може тестирати као производни део?
Да, ја сам. Прототипи ласера ДЕД и ВААМ су потпуно густи метал са механичким својствима који испуњавају или превазилазе спецификације ливаног материјала. Прототипи се подвргну истим механичким испитивањем на трајање, умору, тврдоћу, корозију као и производне делове. Брзо учвршћивање које је својствено адитивним процесима често производи финије структуре зрна са својствима које су веће од конвенционално обрађених материјала.
Који материјали се могу користити за ласерске 3D штампање прототипа?
Титанијумске легуре (Ти-6Ал-4В), суперлегуре на бази никла (Инконел 625, 718), нерђајући челик (316Л, 17-4ПХ), алуминијумске легуре, челије за алате и легуре кобалт-хром су комерцијално доступне. Материјал који се користи за прототип може бити исти као и производни материјал, што омогућава директну корелацију између резултата тестирања прототипа и перформанси производне компоненте.
Може ли прототип процес прећи на производњу без реквалификације?
Да, када се исте опреме и параметри процеса ДЕД користе и за прототип и за производњу. Термална историја стопа хлађења, температура између слојева и геометрија депозита контролисана су идентично. Параметри процеса валидирани током прототипирања директно се преносе у производњу. Ово елиминише традиционални јаз између метода прототипа (често обраде) и производних процеса (ливања или ковања) који захтевају посебну квалификацију материјала.
Колико итерација дизајна може да поддржи ласерски 3Д штампачки прототип?
Типични развојни програм подржава 5-15 итерација дизајна у фази прототипирања од 6-12 недеља. Свака итерација укључује повратну информацију о тестирању и побољшања дизајна у циклусу од 1-5 дана и граничне трошкове материјала и времена машине. Ова протокност итерације је 3-5 пута већа од оне коју подржавају конвенционалне методе прототипирања, омогућавајући детаљније оптимизацију дизајна пре посвећености алатима.