MCAE

Spoločnosť Built-Rite Tool & Die odhalila priestor pre 90% úsporu nákladov

Built-Rite Tool & Die je firma zaoberajúca sa výrobou a navrhovaním foriem so sídlom v Massachusetts s odbornými znalosťami na poli výroby presných vstrekovacích foriem. Špecializuje sa na výrobu foriem pre vstrekovanie plastov. Tieto formy majú často zložitý dizajn vyžadujúci rozsiahle plánovanie a presné prevedenie.

Malé až stredné podniky ako Built-Rite čelia rastúcemu tlaku medzinárodných i domácich konkurentov. Zámorskí výrobcovia ponúkajú nižšie ceny a domáci výrobcovia prototypov ponúkajú krátku dobu spracovania pre malé počty dielov. 3D tlač poskytuje spoločnosti Built-Rite príležitosť zvládnuť realizáciu za kratšiu dobu a znížiť náklady na rýchloobrátkové služby, spojené so vstrekovacími formami, v porovnaní s domácimi výrobcami prototypov. Kritickým aspektom pre získanie projektových ponúk a splnenie náročných termínov je schopnosť rýchlych iterácií.

Riešenie Studio System ™ umožnilo spoločnosti Built-Rite vyrábať rýchloobrátkové súčiastky pre zostavu vstrekovacích foriem s použitím procesu, ktorý vyžaduje menej práce v porovnaní s inými konvenčnými strojmi a konkurencieschopnejšie ako externé spoločnosti vyrábajúce prototypy. Tlačiareň Studio System využíva výplň s uzatvorenými bunkami, na výrobu ľahkých dielov, pri využití minimálneho množstva materiálu a bez narušenia odolnosti voči opotrebovaniu, požadovanej pre nástrojárske aplikácie.

Posúdenie vhodnosti technológie

Vstrekovanie plastov do formy je výrobný proces na výrobu dielov vo veľkých objemoch. Vykonáva sa vstrekovaním roztaveného plastového materiálu pod veľkým tlakom do dutín, vo forme vytvorených, pre natvarovanie dielu. Pre masovú výrobu ponúka vstrekovanie do formy nízke náklady na diel, opakovateľné výstupy a minimálny odpad vstrekovaného materiálu. Týmto procesom prechádza asi 32% všetkých spracovávaných plastov, čo z neho robí dominantnú výrobnú metódu.

Proces vytvárania foriem je rozsiahly, vyžaduje precízne plánovanie a realizáciu. Zároveň je potrebné dodržať termíny požadované klientom, iterácie a očakávania ohľadom kvality dielu. Forma je tvorená množstvom zložitých dutín, vložiek a chladiacich kanálov. Vstrekovacie formy musia odolať opakovaným nárazom a vystaveniu vysokoteplotným polymérom – preto je odolnosť proti opotrebovaniu kritickou vlastnosťou. Medzi výzvy patria vysoké náklady na nástroje a dlhá doba potrebná na realizáciu. Dizajnové zmeny môžu výrazne ovplyvniť čas a náklady, preto je pre celkovú účinnosť procesu kritická schopnosť rýchlych iterácií.

Riešenie Studio System využíva technológiu nazvanú Bound Metal Deposition ™, kedy sa kovové tyčinky – kovový prášok a polymérové spojivá – natavia a potom sa vytláčajú na tlačovú plochu, pričom vytvárajú vrstvou po vrstve tzv.: „zelený diel – green part“. Diel sa ponorí do patentovanej kvapaliny, kde sa vyplaví spojivo a na záver sa vykoná sintrovanie v peci, ktorú možno používať v kancelárskom prostredí. Trojdielny systém je navrhnutý ako komplexné riešenie pre internú 3D tlač z kovu.

Výroba dielu a porovnanie

Spoločnosť Built-Rite porovnala existujúcu vložku do dutiny vstrekovacej formy pre prvotné testovanie s riešením Studio System. V porovnaní s externým dodávateľom pre výrobu prototypov dosiahlo riešenie Studio System nižšie náklady a kratší čas potrebný na výrobu, ale aj na zníženie hmotnosti dielu a množstvo použitého materiálu.

Úspora nákladov Úspora času Zníženie hmotnosti

90%

30%

41%

Rozmery dielu

2,54 × 3,57 × 7,62 cm

Výroba s použitím Studio System
Technológia
Bound Metal Deposition ™
Typ materiálu
AISI 4140 oceľ
Odstupy výplne
2,8 mm
Hmotnosť dielu
320 g
Doba výroby
50 hodín (tlač 14 h \ reakcie (debind) 6 h \ sintrácia 30 h)
Náklady na diel
47 USD
Externá firma na výrobu prototypov
Technológia
CNC obrábanie z plného kovového bloku
Typ materiálu
4140 oceľ
Hmotnosť dielu
545 g
Doba výroby
3 dni
Náklady na diel
493 USD

Nástroje pre vstrekovanie do formy vyžadujú presné tolerancie, aby zostava dobre sedela, a leštený povrch na plochách, ktoré prichádzajú do kontaktu so vstrekovaným plastom kvôli ľahkému vyhadzovaniu dielu z formy. Na lieviku z kremičitého dielu bola posudzovaná funkčnosť dielu na základe dvoch štádií po spracovaní, na účely sledovania premenlivosti procesných parametrov a správania materiálu, a následne bolo vykonané funkčné testovanie dielu pri použití.

Brúsenie Povrchu

Zamestnanci spoločnosti Built-Rite brúsili povrch vložiek do formy, vyrobených pomocou 3D tlače, na požadovanú toleranciu a povrchovú úpravu. Posudzovali, či je potrebné špeciálne zaobchádzanie a stanovili, že diely sa ohrievali podobne ako iné nástrojové ocele a nevzniká problém s rozmermi alebo napasovaním vložiek do zostavy formy.

Elektroiskrové obrábanie (EDM)

Zamestnanci používali EDM pre dosiahnutie požadovanej povrchovej úpravy na povrchu dutiny vložky. Posudzovali potrebu premenlivého nastavenia parametrov, opotrebovanie elektród a výsledné povrchové úpravy. Stanovili, že nie je nutné odlišovať parametre EDM pre tlačené diely a opotrebovanie elektród bolo porovnateľné s netlačenými vložkami. Neboli viditeľné rozdiely v povrchovej úprave.

Funkčné Testovanie

Po dokončovacích úpravách bola vložka nainštalovaná do zostavy formy a použitá na výrobu plastových dielov z acetalu, čo je neabrazívny plastový materiál s nízkym trením. Teplota plastu pri vstrekovaní do formy je približne 205 ° C a teplota samotnej vložky je udržiavaná na hodnote 82 ° C až 121 ° C. Testovacia prevádzka v počte približne 100 cyklov neukázala žiadne nedostatky na vyrobených plastových dieloch a vložka vyrobená pomocou 3D tlače nevykazovala žiadne známky opotrebovania.

Zhrnutie

Úspech prvého vyhodnotenia naznačil potenciál riešenia Studio System pre aplikácie vstrekovania do formy. Systém umožňuje výrobcom vstrekovacích foriem zlepšiť prevádzku a využiť výhody aditívnej výroby bez nutnosti spoliehania sa na externých dodávateľov. To zahŕňa menšiu spotrebu materiálu a tlač s výplňou s uzavretými bunkami, teda nižšie náklady a schopnosť výroby ľahších dielov, pri zachovaní odolnosti proti opotrebovaniu požadovanej pre nástrojové aplikácie. V spojení s neočakávanými dizajnovými zmenami alebo krátkymi reakčnými časmi, umožňuje Studio System výrobcom foriem rýchlejšiu realizáciu zmeny dizajnu s nižšími nákladmi ako pri outsourcingu u externých výrobcov foriem.

Pri ďalšom testovaní bude posudzovaný vplyv dizajnovej flexibility riešenia Studio System na vytváranie vložiek do foriem s chladiacimi kanálmi, ktoré budú kopírovať tvar dutiny formy. Tým sa docieli rovnomerné chladenie plastového dielu ihneď po vstrekovaní, obmedzenie lokálnych „horúcich miest“ a optimalizovanie kvality dielu spôsobom, aký nie je možný v prípade tradičných metód výroby. Doplnkové testy zahŕňajú aj tlač s použitím nástrojovej ocele H13, čo je materiál bežne používaný pre túto aplikáciu.