Kako integrirati MIM za masovnu proizvodnju složenih malih dijelova uz AM.

Ako ste u zadnje vrijeme bili u proizvodnim podovima, vjerojatno ste primijetili da se granica između prototipa i proizvodnje u velikoj mjeri svakim danom zamagljuje. Aditivna proizvodnja je bila kul dječak na bloku za izradu prototipa ili stvarno divlje geometrije koje nijedan CNC ne može dirati. Ali kada se razgovor prebaci s stvaranja deset dijelova na stvaranje deset tisuća dijelova, matematika se brzo mijenja. To je mjesto gdje mnogi inženjeri udarili zid. Oni vole slobodu dizajna koja dolazi s 3D štampanjem metala poput titana ili nehrđajućeg čelika, ali trebaju cijenu po dijelu i vrijeme ciklusa koje tradicionalna oprema nudi. Tajna na koju se mnoge industrije visokih performansi oslanjaju trenutno nije u izboru jedne nad drugom. Radi se o pametnom hibridnom tokovima rada koji dovode MIM, ili metalno ubrizgavanje, u istu raspravu kao i proizvodnju aditiva.

Za male, složene komponente, stvari poput okvirnih uređaja, čeljusti kirurških alata, ili čak i one male poluge za zaključavanje u prekidačkom nožu, geometrija je često previše složena za jeftinu obradu i volumen je prevelik za fuziju laserskih praškastih postolja da bi bila ekonomična To je upravo slatka točka gdje integracija MIM-a uz AM prestaje biti teorija i počinje biti ozbiljna konkurentna prednost. Omogućuje vam korištenje 3D štampe za teške podizanje iteracije dizajna i provjeravanja, a zatim prebacivanje na MIM za teške podizanje stvarne proizvodnje. Na papiru to zvuči jednostavno, ali da bi se sve to uspješno završilo, potrebno je razumjeti gdje su zamke u svakom procesu.

Osnovna razlika u smanjenju i razmjeru

Da razjasnimo jednu stvar odmah od početka: metalno ubrizgavanje je igra kontrolirane smanjivanja. Miješate vrlo fini metalni prah s sistemom vezivača, ubrizgavate ga u kalup koji je prevelik u usporedbi s konačnim dijelom, a zatim provodite puno vremena i topline uklanjanjem tog vezivača prije nego što sintrirate metal do pune gustoće. Dijel koji izlazi iz peći za sinteriranje je znatno manji od onog koji je ušao. Zapravo, obično se linearno smanjuje za oko 15 do 20 posto. Ako ste inženjer koji je navikao na blizinu neto preciznosti oblika laserske fuzije, taj nivo smanjivanja može se osjećati kao vudu magija. Aditivna proizvodnja, s druge strane, daje vam dio koji je prilično blizu CAD datoteke odmah od konstrukcijske ploče, možda s malo distorzije od ostatka napona, ali ništa poput te masivne volumetrične promjene.

Ovdje integracija postaje komplicirana. Ne možete samo uzeti AM optimiziran dizajn datoteku i poslati ga preko MIM odjel. To lijepo lagano topologija optimizirana nosač s svim tim organskim, tekuće krivulje? Možda je noćna mora da se izbace iz kalup. Podrezi koji su lagani u 3D tiskanju jer samo rastvarate podloge, postaju skupe sporedne akcije ili klizišta u alatki za oblikovanje. Kada dizajnirate ovu dvostruku strategiju, morate držati jedno oko na slobodi lasera, a drugo oko na liniji razdvajanja kalup. Najuspješnije integracije tretiraju AM dio kao funkcionalni prototip koji dokazuje koncept, a zatim tim sjedi da prilagodi tu geometriju posebno za oblikljivost bez žrtvovanja kritičnih funkcionalnih površina. U biti prevodite datoteku iz jezika aditiva u jezik injekcije.

Zašto početi s aditivom ako je MIM konačni cilj

Možda se čini kao dodatni korak. Zašto ne samo izrezati MIM alat i nastaviti s tim? Odgovor se gotovo uvijek svodi na brzinu razvoja i cijenu pogreške. MIM alat je precizni komad čelika koji može lako koštati desetine tisuća dolara i za izgradnju i uzorak treba osam do dvanaest tjedana. Ako stavite alat u štampu i onda shvatite da je funkcija za uklanjanje malo prekrhka ili da debljina zida uzrokuje tragovi raspada nasuprot rebra, čeka vas vrlo skup i vrlo spor proces modifikacije. Takva vremenska linija jednostavno ne ide u razvoju medicinskih uređaja ili potrošačke elektronike.

Napravom prednjeg učitavanja ciklusa razvoja s aditivnom proizvodnjom, posebno s materijalima koji odražavaju MIM sirovinu, možete se ponavljati kao ludi. Možete štampati deset različitih varijacija geometrije šarnice u tjednu koristeći istu kompoziciju metalnog praha koja će se na kraju koristiti u MIM procesu. Možete testirati osjetljivost, moment otpuštanja i životnost umora bez dodirivanja osnove kalupca. Kada je dizajn zaključan i testiranje potvrđeno, onda pritisnete obarač na alat. To je posebno važno za materijale koji su popularni u oba svijeta, kao što su 17-4PH nehrđajući čelik ili niskorazvojni čelik. Ne možete samo nagađati da će dio raditi u metalu. Dokazujete to fizičkim metalnim dijelom mnogo prije nego što je proizvodna linija spremna.

To je vrsta radnog toka kojim se tvrtke fokusirane na složene male dijelove, poput Kyhe Tech, redovito upravljaju. Oni razumiju da su zahtjevi za površno završetak i toleracijski pojas različiti između dva procesa. Dijel koji izgleda i osjeća savršeno iz 3D štampača možda će trebati suptilno podešavanje kuta potiska kako bi se učinkovito oslobodio od kaluplja. Integrirati te procese znači da dizajnirate dio dva puta, jednom za prototip i jednom za milijune.

Brza usporedba AM i MIM u proizvodnji

Kad se pokušavate odlučiti da li ćete zadržati dio u aditivnoj proizvodnji ili ga prebaciti na metalno ubrizgavanje, pomaže vam da pogledate brojeve jedan pored drugog. Sljedeća tabela prikazuje praktične razlike između dva pristupa za tipičnu proizvodnju malih metalnih komponenti. Imajte na umu da su to opće smjernice i da će se točni brojevi mijenjati ovisno o složenosti geometrije i specifične legure.

Gledajući ovo, strateško preklapanje postaje očito. Aditivna proizvodnja pobjeđuje u utrci za brzinu uvođenja na tržište i složene unutarnje značajke. MIM pobjeđuje u utrci za ekonomičnost jedinice kada se volumen poveća i dizajn se zamrzne. Najpametnije proizvodne strategije tretiraju ove dvije stupnjeve ne kao rivale, nego kao različite zupčanike u istom prijenosu. Prebacujete se između njih ovisno o tome gdje ste u životnom ciklusu proizvoda.

Uređivanje tolerancija za proizvodnju MIM-a velikog obima

Tolerancija je riječ koja plaši dizajnere koji su novi u metalnom injekcijskom oblikovanju. U aditivnoj proizvodnji, obično možete zadržati toleranciju od plus ili minus nekoliko tisućina inča na dobro kalibriranoj mašini, ali gradite taj dio sloj po sloj, što zahtijeva vrijeme i novac. U MIM-u, kada se alat uključi i peć za sinteriranje bude pravilno profilirana, možete zadržati izuzetno usko tolerancije, često plus ili minus pola posto dimenzije, preko stotina tisuća ciklusa, sve za nekoliko novčića po dijelu. Ali postizanje te razine preciznosti zahtijeva duboko razumijevanje kako se dio iskrivljava tijekom odvajanja i sintriranja.

Ako donosiš AM dizajn u MIM prostor, apsolutno moraš pokrenuti simulaciju sinteriranja. Ovi softverski alati uzimaju zelenu geometriju dijela i predviđaju gdje će se dio srušiti ili okrenuti tijekom toplinskog ciklusa. Ovo nije pregovarajuće za složene geometrije. Možda imate malu medicinsku štampu koja izgleda savršeno u CAD datoteku, ali kada se smanji za 15 posto, nejednakost raspodjele mase će uzrokovati da se noge okreću prema unutra ili prema van. Često se popravlja dodavanjem takozvanih setera, koji su prilagođeni keramički pribor koji zadržavaju dio u određenom položaju tijekom sinteriranja. Ali te naprave koštaju i zauzimaju prostor u pećnici. Bolje je koristiti uvide iz AM testiranja da biste utvrdili gdje možete dodati ili ukloniti mali file ili rebro kako bi dio ostao sam po sebi tijekom smanjivanja. To je delikatan ples ravnoteže mase, nešto što rijetko je briga s AM dijelom koji sjedi na čvrstoj ploči.

Postprocesni faktor o kojem nitko ne govori

Postoji velika zabluda da je MIM dio, kada izađe iz peći, spreman za isporuku. To ne može biti dalje od istine, pogotovo kada govorimo o komponentama koje su u interakciji s drugim preciznim mehanizmima. MIM dijelovi imaju otvore, imaju bljesak linije razdvajanja, i imaju površinsku završnu obluku koja, iako je bolja od livenog metala, još uvijek može trebati prefinjenje. Ovdje je zapravo mjesto gdje je additive proizvodnja razmišljanje počelo krv u MIM svijetu na vrlo pozitivan način.

U aditivnoj proizvodnji, mi smo se jako udovoljili idejom da dio nije gotov kada se laser isključi. Postoje redovi za postprocesiranje koji uključuju toplinsku obradu, uklanjanje podloga i obrada površine poput pušenja ili puštanja perli. U MIM-u, potreban je isti nivo brige, samo u mnogo većoj zapremini. Nećeš baciti pladnjak od deset dijelova. Ti si trčanje bubanj od deset tisuća dijelova. Pružatelji koji se odlično bave integracijom ovih tehnologija, kao što su KYHE TECH , su uložili velike investicije u automatizirane postprocesne linije koje mogu nositi tu vrstu prodajne snage bez ugrožavanja osjetljivih osobina malog složenog dijela. Ako dizajnirate dio koji je previše krhko da preživi proces završetka centrifugalnog cijevi visoke energije, u osnovi ste dizajnirali dio koji se ne može masovno proizvoditi ekonomično. Integriranje AM i MIM znači razumijevanje putovanja dijela sve do konačnog kontrolnog posuda, bilo da se radi o provjeri CMM-a za jedan prototip ili optičkom sustavu sortiranja za neprekidan protok proizvodnih jedinica.

Dizajniranje za oba svijeta bez gubitka uma

Kako zapravo sjediti i dizajnirati dio koji se može brzo napraviti prototip putem aditiva i zatim se bez problema skala u MIM? Trik je da izgrađujete skup pravila u CAD proces od početka. Želite izbjeći duboke, uske rupe koje je teško očistiti u MIM alatima. Želite održati relativno ravnomernu debljinu zida kako biste spriječili deformaciju tijekom sinteriranja. To su upravo stvari koje aditivna proizvodnja tolerira puno bolje od MIM-a.

Ali postoji i prednost. Dizajn za principe aditivne proizvodnje koji naglašavaju izbjegavanje oštih uglova i velikih koncentracija mase zapravo se lijepo usklađuju s dobrim MIM dizajnerskim praksama. Dijel koji je optimiziran topološki kako bi uklonio masu vjerojatno će se i jednakije sintrirati jer ste već uklonili debele, teške dijelove koji uzrokuju toplinski odlazak. Ako možete dizajnirati dio koji koristi organsku mrežu ili pametnu šuplju strukturu za smanjenje težine, isti dio, kada se prebaci na MIM alat, troši manje materijala, košta manje u prahu i skuplja se predvidljivije. To je prekrasna povratna petlja. Koristi aditiv da nađeš savršen oblik. Koristite taj oblik za stvaranje MIM dijela koji je lakši i jeftiniji od bilo čega što vaši konkurenti rade s tradicionalnim obradom. Ne radi se o aditivima koji zamjenjuju MIM ili obrnuto. Radi se o korištenju najboljeg alata za pravu fazu životnog ciklusa proizvoda i o tome da se osigura da su vaši dizajni tečni na oba jezika.

Gdje ovaj hibridni pristup sjaji

Ako pogledate proizvode koji najviše imaju koristi od ovog dvostrukog pristupa, oni su gotovo uvijek u području malih, složenih i visokih vrijednosti. Mislite na mikro zupčanice unutar kirurškog spona. Prvih nekoliko tisuća jedinica može se raditi na laserskoj prašnoj mašini dok kirurški tim potvrđuje ergonomiju i slijed paljenja. Tijekom tog vremena, MIM alat se reže. Kad se dizajn zamrzne, proizvodna linija prelazi i počinje proizvoditi desetine tisuća tih zupčanika mjesečno po djeliću AM troškova. Pacijent ili kirurg nikada ne znaju razliku, ali kompanija je sigurno zna.

Ova strategija također igra veliku ulogu u održivosti, koja postaje nepredstavljiva u modernoj proizvodnji. Upotreba MIM sirovina je nevjerojatno visoka u usporedbi s oduzimanjem obrade, često premašuje 95 posto. Kad to kombinirate s činjenicom da proizvodnja aditiva koristi samo prah koji je potreban za određenu geometriju, imate proizvodni ekosistem koji stvara vrlo mali otpad. To je odgovoran način proizvodnje i to je smjer u kojem se industrija kreće. Sposobnost da se upravlja digitalnom fleksibilnošću 3D štampe i ekonomskom efikasnošću metalnog ubrizgavanja je ono što razdvaja inovatore od ostatka paketa. To znači da nikada nisi zaglavio. Uvijek možeš naći pravi alat za pravi volumen.