Hvernig á að innlima MIM fyrir massafgerð flókinn smáhluti samtímis við viðbótargögn (AM).

Ef þú hefur verið á framleiðslusvæðum í síðustu tímabilum hefur þú líklega tekið eftir því að markmiðið milli prófunar á myndun og fullri framleiðslu er orðið óskýrara og óskýrara á hverjum degi. Viðbótargerð (additive manufacturing) var áður það fallega barnið á sveitinni þegar var að gera einstaka prófunarfyrirmyndir eða mjög óvenjulegar lögunir sem engin CNC-vél gat náð. En þegar um ræðu er að gera tíu hluti eða tíu þúsund hluti breytist reikningurinn hratt. Þar hafa margir verkfræðingar stöðust vegg. Þeir elska fríheitina í hönnun sem 3D-prentun á metali eins og títaníum eða rustfritt steini býður, en þeir þurfa kostnað á hlut og ferðartíma sem hefðbundin myndun býður. Leitarorðið sem margar háþróaðar atvinnugreinar eru að nota núna er ekki að velja annað fremur en hitt. Það er um skilvirkan blandaferli sem felur í sér MIM, eða myndun með metallinnhjóðun (Metal Injection Molding), ásamt viðbótargerð.

Fyrir smá, flókin hluti, eins og klukkuflötur, tæknilegar tæki fyrir hirðingar eða jafnvel þessi litlu lásarhöndlar í foldandi hníf, er lögunin oft of flókin fyrir ódýra vinnslu og magnið of hátt til að ljósþrýstingur með rýmmyndun af rýmmyndunarefni (laser powder bed fusion) sé kostnaðarhræðilegur. Þetta er nákvæmlega sá góði punktur þar sem samþætting á MIM (metal injection molding) og viðbótargervingu (AM) fer frá því að vera kenning til þess að verða alvöru keppnishagur. Það gerir þér kleift að nota 3D-prentun fyrir mikilvæga verk þegar kemur að hönnunarákvörðun og staðfestingu, og svo skipta yfir í MIM fyrir mikilvæga framleiðsluverk. Það hljómar einfalt á pappír, en að framkvæma það án vandræða krefst skilnings á þeim gallavondum sem koma upp í hverjum ferli.

Grunnatriðið um mun á samdrátt og stærð

Látum okkur koma á eitt: metallþvottur í myndgjörð er leikur með stýrða samdrátt. Þú blandaðir mjög fínu metallrofi við tvíþætt bindimiðil, þvottir það í form sem er stærra en lokahluturinn og fer síðan í langan tíma og hita að fjarlægja bindimiðilinn áður en þú sinterar metallið til fullrar þéttleika. Hluturinn sem kemur út úr sinterofninu er miklu minni en sá sem fór inn. Í raun samdrýst hann venjulega um 15–20 prósent línulega. Ef þú ert verkfræðingur sem er vanur nákvæmni nálægt endanlegu lögunni („near net shape“) laser-pulverbyggingarvél, þá getur þessi stig samdráttar gefist upp eins og galdrahefð. Við viðbótargervingu færðu hins vegar hlut sem er nokkuð nálægt CAD-skjalinu beint af byggingarplötunni, mögulega með smá afbrigði vegna innri spennu, en ekki neinum svona miklu rúmmálsbreytingu.

Hér verður samþættingin flókin. Þú getur ekki bara tekið hönnunarskrá sem hefur verið aðlagað fyrir viðbótarframleiðslu (AM) og sent hana til MIM-deildarinnar. Það fallega léttvæga stöðuhorn sem hefur verið háð topólógíu með öllum þeim líflegt flæðandi bogum? Það gæti verið martröð að draga úr myndformi. Undirskurðarnir sem eru auðvelt að framkvæma með 3D-prentun, þar sem styttirnar eru einfaldlega leystar upp, verða dýrlegar hliðaraðgerðir eða skjölur í myndformi. Þegar þú hönnar fyrir þessa tvöföldu stefnu verðurðu að halda auga á frjálsleik ljósrafsins á öðru auga og á skiptilínuna í myndforminu á hinu. Þær samþættingar sem hafa mestan árangur taka AM-hlutinn sem virkilegan frumdrögshlut sem sannar hugmyndina og síðan setur liðið sig niður til að stilla þá lögun sérstaklega fyrir myndformagæði án þess að missa mikilvægar virkendar flatur. Þú ert í raun að þýða skrána úr tungumálinu á viðbótarframleiðslu yfir í tungumálið á sprautuformun.

Af hverju byrja á viðbótarframleiðslu ef markmiðið er sprautuformun?

Það gæti virðist eins og aukaþref. Af hverju ekki bara skera MIM-sniðið og halda áfram? Svarið kemur næstum alltaf niður að hraða þróunarinnar og kostnaði þess að gera mistök. MIM-sniðið er nákvæmt stálhlutur sem getur auðveldlega kostað desílínur þúsunda dollara og tekið átta til tólf vikur að framkalla og framleiða prufur. Ef þú setur það sniðið í pressuna og sérð síðan að klippiföstu eiginleikinn er of brjótlegur eða að þykkt veggsins veldur dökkum röndum á andsíðu ribbunnar, þá munt þú standa frammi fyrir mjög dýrum og mjög hægum breytingum. Slíkur tímalínan er einfaldlega óþekkt í þróun lyfja- og heilbrigðisbúnaðar eða neytenda rafrænna tækja.

Með því að nota viðbótarafríkun (additive manufacturing) á upphafi þróunarferilsins, sérstaklega með efnum sem líkja MIM-efnaflæði, er hægt að endurtekna hönnunina í ótöldum. Þú getur prentað tíu mismunandi útgáfur af hengilagsmynd í viku með sama metalmelusamsetningu og verður síðar notuð í MIM ferlinu. Þú getur prófað fyrirfinninginn á snertingu, brotahreyfimáttinn (breakaway torque) og týnslulíf (fatigue life) án þess að snerta moldugrunninn neinu sinni. Þegar hönnunin er lokuð og staðfestingarprófunin hefur verið samþykkt er þá komið í veg fyrir verkfæri. Þetta er sérstaklega áhrifalegt fyrir efni sem eru vinsæl í báðum sviðum, svo sem 17-4PH rustfritt steypistál eða lágmátt stál. Þú ert ekki að giska á það að hluturinn mun virka í mátti. Þú ert að sanna það með raunverulegum metalla hlut í langt fyrir því að framleiðslulínunni sé búið.

Þetta er tegund vinnuskrár sem fyrirtæki sem einbeita sér að flóknum litlum hlutum, eins og Kyhe Tech, vinna með reglulega. Þau skilja að kröfur til yfirborðslyktar og jákvæðar og neikvæðar afviksgildi eru mismunandi milli þessara tveggja ferla. Hlutur sem lítur út og líður vel í framleiðslu með 3D-prentun gæti þurft lítið breytingu á útstrikkingarhorni til að losna vel úr mynd. Að sameina þessa ferla þýðir að hanna hlutinn tvisvar, einu sinni fyrir frumgerðina og einu sinni fyrir milljónir eintakanna.

Stutt samanburður á viðbótargerð (AM) og metallíkjaþvott (MIM) í framleiðslu

Þegar þú ert að ákveða hvort á að halda áfram að framleiða hlut með viðbótargerð eða breyta yfir á metallíkjaþvott er gagnlegt að skoða tölurnar hlið við hlið. Táblan hér fyrir neðan sýnir raunhæfri munstur á milli þessara tveggja aðferða fyrir venjulega framleiðslu lítillegra metallhluta. Hafðu í huga að þetta eru almennar leiðbeiningar og nákvæm tölurnar munu breytast eftir flókhleika ummyndarinnar og ákveðins legerings.

Þegar þetta er skoðað verður strætíska yfirlagningin augljós. Viðbótaráframleiðsla vinnur keppnið fyrir hraða á markað og flókna innri eiginleika. MIM vinnur keppnið fyrir einingarhagkerfi þegar magnið hækkar og hönnunin er lokuð. Ráðvísast er að nota báða þessar dálka ekki sem andstæðinga heldur sem mismunandi tannhjóla í sama skiptihjóli. Þú skiptir milli þeirra eftir því hvar þú ert í vöruferlinu.

Nákvæmlega stilla máttahlutföll fyrir hámarksmagns-MIM framleiðslu

Tólfan er orðið sem hræðir hönnuða sem eru nýir í metallinnar innstungunarformun (MIM). Í viðbótargervingu (additive manufacturing) er hægt að halda venjulega tólfu á milli nokkurra þúsundshluta tommu á vel stilltum véltæki, en þá er hluturinn byggður lag fyrir lag, sem tekur tíma og peninga. Í MIM er hægt, eftir að formið er rétt stillt og sinterofninn hefur verið stilltur rétt, að halda mjög nákvæmum tólfum, oft á milli plús eða mínus helminga prósentu af mælingunni, yfir hundrað þúsund til þúsunda af skrefum, allt fyrir penní á hlut. En að ná slíkri nákvæmni krefst djúpskilnings í því hvernig hluturinn breytist á meðan hann er losaður frá bindiefni og sinteraður.

Ef þú ert að flytja AM-hönnun í MIM-svæðið verður þú algjörlega að keyra sinterunarsímulun. Þessi hugbúnaðarverkfæri taka lögun grænna hluta og spá um hvar hlutinn mun renna eða breytast á meðan hitaferillinn fer fram. Þetta er óumdeilanlegt fyrir flókna lögun. Þú gætir haft lítið lyfjastapl sem lítur fullkomlega út í CAD-skjalinu, en þegar það minnkar um fimmtán prósent mun ójafna massadreifingin valda því að beinarnir snúist inn eða út. Lausnin er oft að bæta við því sem kallað er settar, sem eru sérsniðin keramísk föstuhluti sem halda hlutnum á ákveðinni stöðu á meðan sinterun fer fram. En þessi föstuhluti kosta peninga og taka pláss í ofninum. Betri nálgunin er að nota innsýnina úr prófunum á AM-gerðarprófunum til að finna staðsetningu þar sem hægt er að bæta við eða fjarlægja mjög lítið rúndunarlínu eða rif til að hjálpa hlutnum að halda réttri lögun sinni sjálfum á meðan hann minnkar. Þetta er fjölþætt leikmál jafnvægis massa, eitthvað sem sjaldan er vandamál með AM-hlut sem situr á stífum byggingarplötum.

Þátturinn sem enginn talar um í eftirvinnslu

Það er mikil misskilningur um það að þegar MIM-hlutur kemur úr sinterofninum sé hann tilbúinn til sendingar. Það er ekki nærri sannleikanum, sérstaklega þegar rætt er um hluti sem tengjast öðrum nákvæmum vélarhlutum. MIM-hlutir hafa gáttarafleifar, þeir hafa flöskuskráningarlínu og yfirborðsloftun sem, þó að hún sé betri en hjá castmetali, gæti samt þurft aukalega vinnslu. Þetta er í raun þar sem hugmyndirnar um viðbótargervingu hafa byrjað að víkja yfir í MIM-heiminn á mjög jákvæðan hátt.

Í viðbótargervi höfum við orðið mjög vanir við þá hugmynd að hluturinn er ekki búinn þegar ljósgeislinn slökkvist. Það er eftirvinnuskipti sem inniheldur hitabehandlingu, fjarlægingu styttanna og yfirborðsmeðhöndlun eins og kúlublasun eða rúllun. Í MIM er sama stig áhyggja nauðsynlegt, en í miklu hærri magni. Þú ert ekki að rúlla skál með tíu hlutum. Þú ert að rúlla túnna með tíu þúsund hlutum. Aðilar sem standa sig vel við samþættingu þessara tækni, svo sem KYHE TECH , hafa investerað mikla fjármuni í sjálfvirkar eftirvinnslulínur sem geta unnið þannig mikil álag án þess að skemma fínar eiginleika litlum, flóknum hlutum. Ef þú hönnar eiginleika sem er of veikur til þess að standa á móti háorðu sýnilegri rafmagnsbarrelvinnslu, hefur þú í raun hönnun hlut sem ekki er hægt að framleiða í stórskala á kostnaðarvísum hátt. Að sameina viðbótaraðgerð (AM) og metallþykkjusprautun (MIM) þýðir að skilja ferð hlutarins allt frá lokaprófunarstöðinni, hvort sem það felur í sér CMM-prófun á einum prófunarhluta eða ljósmyndavalkerfi fyrir samfellda rás framleiðslueininga.

Hönnun fyrir báða heimana án þess að missa skilninginn

Hvernig situr maður þá í raun niður og hanna hlut sem hægt er að framkvæma prófun á fljótt með viðbótaraðferðum og síðan að stækka án vandræða í MIM? Lykillinn er að innbyggja reglur í CAD ferlið þitt á fyrri stigi. Þú vilt forðast dýpra, neikvæða holur sem eru erfitt að hreinsa í MIM myndum. Þú vilt halda jafna veggþykkt til að koma í veg fyrir brot eða skekkjur við sinterunarsamdrátt. Þetta eru nákvæmlega þessi tegund hluta sem viðbótaraðferðir geta unnið betur með en MIM.

En það er einnig krossávinna. Hönnun fyrir viðbótargögn (additive manufacturing), sem leggur áherslu á að forðast skarpa horn og stórar massusamruningar, passar í raun vel við góðar MIM-hönnunaraðferðir. Hlutur sem hefur verið topólógíhugsaður til að fjarlægja massann mun líklega einnig sintera jafnmeira vegna þess að þú hefur þegar fjarlægt þykkustu og þungustu hlutana sem valda hitadregli. Ef þú getur hönnuð hlut sem notar líflegt rist eða snjall holu uppbyggingu til að minnka þyngd, mun sá sami hlutur, þegar hann er breyttur í MIM-snið, nota minna efni, kosta minna í rými og samdraga sig á fyrirsjáanlegri hátt. Þetta er falleg endurkvæmni. Notaðu viðbótargögn til að finna fullkomna lögunina. Notaðu þá lögun til að búa til MIM-hlut sem er léttari og kostnaðarlausari en hvaða hlutur sem er sem keppinautar þínir framleiða með hefðbundinni vinnslu. Þetta er ekki um viðbótargögn að taka við MIM né öfugt. Þetta er um að nota besta tólvið fyrir rétta stig í lífscyklum vörunar og ganga úr skugga um að hönnunin þín sé fljót í báðum tungumálum.

Þar sem þessi blönduð nálgun er mest áhrifamikil

Ef þú skoðar vörurnar sem nýta sér þessa tvöföldu nálgun mest, eru þær næstum ávallt í flokki litla, flókinn og hágæða vörur. Hugsaðu til dæmis um smáhjóla inni í sjúkrahússtaplari. Fyrstu þúsundir eininga gætu verið framleiddar á laservökuþvottavél með rými fyrir rafmagn, á meðan sjúkrahúpsliðið staðfestir hversu vel hún passar í höndum og hvernig skotferlið fer fram. Á þeim tíma er MIM-sniðillinn að vera unnin. Þegar hönnunin er lokuð breytist framleiðslulínun og byrjar að framleiða túsundir af þessum hjólum á mánuði á brot af kostnaði við viðbótaraðferðina. Enginn sjúklingur né læknir mun athuga mismuninn, en fjármálafyrirtækisins munu ávallt athuga.

Þessi stefna leikur einnig mikilvægan hlutverk í sjálfbærni, sem er orðin óumdeilanleg í nútímaframleiðslu. Notkun á MIM-efni er ótrúlega há miðað við frádráttarvinnslu, oft yfir 95 prósent. Þegar þú sameinar það við það að við bætivinnslu er einungis notaður þeim rafmagnsþrýstiduftur sem nauðsynlegur er fyrir ákveðna lögun, færðu framleiðslukerfi sem framleiðir mjög lítið af úrgangi. Þetta er ábyrg leið til að framleiða hluti og þetta er áttin sem atvinnugreinanum er að fara í. Getan til að nálgast bæði stafræna fjölbreytileika 3D-prentunar og fjárhagslega árangursríkni metall-injektsmyglunar er það sem skilur uppfinningavakta frá hinum. Það þýðir að þú ert aldrei fastur. Þú getur alltaf fundið rétta tól fyrir rétta magn.