Күрделі кіші бөлшектерді массалық өндірудің қатарында MIM-ді қалай интеграциялауға болады, AM-мен қатар.

Егер сіз соңғы кезде өндіріс орындарында уақыт өткізген болсаңыз, онда прототиптеу мен толық көлемдегі өндіріс арасындағы шекара күннен күнге бұлыңғырланып келетінін байқаған боларсыз. Қосымша өндіріс (аддитивті өндіріс) бұрын-ақ бірден-бір прототиптер немесе CNC-ның қолы жетпейтін өте күрделі геометриялық пішіндер жасау үшін қолданылатын «жаңа технология» болып табылды. Алайда, егер сөз «он бөлшек жасау» дегеннен «он мың бөлшек жасауға» ауысса, онда есептеулер өте тез өзгереді. Осы жерде көптеген инженерлер қиындыққа тап болады. Олар титан немесе коррозияға төзімді болат сияқты металдарды 3D-басып шығарудың дизайн бостандығын ұнатады, бірақ оларға дәстүрлі қалыптау әдістерінің ұсынатын бір бөлшектің құны мен цикл уақыты қажет. Қазір көптеген жоғары өнімділікті салалардың ішінде құпия — біреуін таңдау емес, ол — аддитивті өндіріспен қатар металдық инъекциялық қалыптау (MIM) әдісін қамтитын ақылды гибридті жұмыс құйындысы.

Кішкентай, күрделі бөлшектер үшін, мысалы, сағаттың шеті, хирургиялық құралдардың жақтары немесе қатты пышақтағы кішкентай блоктау тетіктері үшін геометриясы жиі арзан өңдеуге қолайлы емес, ал өндіріс көлемі лазерлік ұнтақты жинау әдісімен (LPBF) экономикалық тиімді болу үшін тым жоғары. Бұл дәл MIM-ді 3D-басып шығарумен (AM) біріктіру теориядан шығып, нақты бәсекелестік артықшылыққа айналған орын. Бұл сізге дизайнды қайталау мен растаудың негізгі жұмысын 3D-басып шығару арқылы жүзеге асыруға, ал шынайы өндірістің негізгі жұмысын MIM арқылы жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Бұл қағазда қарапайым көрінеді, бірақ оны сәтті іске асыру үшін әрбір процестің қай жерінде қателер болуы мүмкін екенін түсіну қажет.

Сығылу мен масштабтағы негізгі айырмашылық

Бір нәрсені бастапқыдан-ақ айтып өтейік: металлды инъекциялау арқылы формалау — басқарылатын сығылу ойыны. Сіз өте ұсақ металл ұнтағын байланыстырғыш жүйемен араластырасыз, оны соңғы бөлшекке қарағанда үлкенірек болатын формаға құйасыз, содан кейін байланыстырғышты жою үшін көп уақыт пен жылу жұмсайсыз, ал кейін металлды толық тығыздыққа дейін спекелейсіз. Спекелейтін пештен шығатын бөлшек ішіне енген бөлшекке қарағанда әлдеқайда кіші болады. Шынында да, ол сызықтық түрде жалпы 15–20 пайызға сығылады. Егер сіз лазерлі ұнтақты жатықтық бойынша біріктіру машинасының «жуық жетілген пішін» дәлдігіне үйренген инженер болсаңыз, онда осындай деңгейдегі сығылу сізге құпиялы ғажайып сияқты көрінуі мүмкін. Ал қосымша өндіріс әдісі сізге CAD файлына өте жақын бөлшек береді — ғана құрылымдық қалдық керілулерден туындаған аздап бұрмалану болуы мүмкін, бірақ ол сол үлкен көлемдік өзгеріс сияқты емес.

Бұл жерде интеграция күрделенеді. Сіз 3D басып шығаруға арналған оптималды дизайн файлын алып, оны тікелей MIM бөліміне жіберіп жіберуге болмайды. Барлық органикалық, ағымды қисықтары бар, әдемі жеңілдетілген топологиялық оптималды кронштейн? Ол формадан шығару кезінде қиындық туғызуы мүмкін. 3D басып шығаруда қолдағы қолдау элементтерін еріту арқылы оңай шешілетін ішкі қиылысу (undercut) аймақтары форма құралында қымбат тұратын бүйірлік әрекеттерге немесе сырғытқыштарға айналады. Егер сіз осы екі стратегияға негізделген дизайн жасайтын болсаңыз, бір көзіңіз лазерлік өңдеудің еркіндігін, ал екінші көзіңіз — форма бөліну сызығын бақылауыңыз керек. Ең сәтті интеграцияларда 3D басып шығарылған бөлшек функционалды прототип ретінде қолданылады, яғни оның концепциясын дәлелдейді, сосын команда осы геометрияны функционалды беттердің маңызды сипаттарын сақтай отырып, формаға құйылуға ыңғайлы етіп түзетеді. Сіз негізінде файлды қосымша өндіру тілінен құю тіліне аударып жатасыз.

Егер соңғы мақсат MIM болса, неге қосымша өндіруден бастау керек?

Бұл қосымша қадамға ұқсайды. Неге MIM қалыбын тікелей дайындап, іске кірмейсіз? Жауап тәжірибеде әрқашан даму жылдамдығы мен қателесу құнына негізделеді. MIM қалыбы — бұл дәлме-дәл болуы тиіс болат бұйым, оның құны ондаған мың долларға дейін жетуі мүмкін, ал оны жасау мен сынама алу үшін сегізден он екі апта кетеді. Егер сіз осы қалыпты престің ішіне орнатып, кейіннен тісті қосылыс элементі өте сынық болып шыққанын немесе қабырға қалыңдығы қыртыстың қарама-қарсы жағында шұңқыр пайда болуына себепші болғанын білсеңіз, сіз өте қымбат және өте баяу өзгерту процесіне ұшырайсыз. Мұндай уақыт кестесі медициналық құрылғыларды дамыту немесе тұтыну электроникасында қабылданбайды.

Қосымша өндіріс әдістерін даму циклының басында, әсіресе МИМ қоректендіргішіне ұқсас материалдарды қолдану арқылы қолдану арқылы сіз шексіз итерация жасай аласыз. Сіз МИМ процесінде кейінірек қолданылатын металдың ұнтағының құрамын қолданып, бір аптада он түрлі әртүрлі шарнир геометриясын басып шығара аласыз. Сіз бұрыштың тактильдік сезімін, бұзылу моментін және циклдық тозу өмірін форманың негізіне тиіп көрмей-ақ сынақтан өткізе аласыз. Дизайн бекітілген кезде және растау сынағы расталған кезде ғана сіз құрал-жабдықтарды дайындай бастайсыз. Бұл 17-4PH коррозияға төзімді болат немесе төмен легирленген болаттар сияқты екі салада да танымал материалдар үшін ерекше маңызды. Сіз бұйымның металда жұмыс істейтінін тек қана болжамдап қоймайсыз. Сіз оны шығару жолы дайын болғаннан көп уақыт бұрын физикалық метал бұйыммен дәлелдейсіз.

Бұл — Kyhe Tech сияқты күрделі кіші бөлшектерге назар аударатын компаниялардың тұрақты түрде кездесетін жұмыс үдерісі. Олар бұл екі әдістің беттік өңдеу талаптары мен дәлдік шектері әртүрлі екенін түсінеді. 3D принтерден шығып келген бөлшек идеалды көрінуі мен сезілуі мүмкін, бірақ оны қалыпқа тиімді түрде босату үшін сәл ғана шығыс бұрышын реттеу қажет болуы мүмкін. Бұл әдістерді интеграциялау — бөлшекті екі рет жобалау дегенді білдіреді: бірінші рет — прототип үшін, екінші рет — миллиондаған өнім үшін.

Өндірісте ҚОСЫМШАЛЫҚ ӨНДЕУ (AM) МЕН МЕТАЛДЫҚ ИНЪЕКЦИЯЛЫҚ ҚОҚЫСТАНДЫРУ (MIM) АРАСЫНДА ТЕЗ САЛЫСТЫРМА

Сіз бөлшекті қосымшалық өндіруде қалтырмақ па әлде металдық инъекциялық қоқыстандыруға ауыстырмақ па деп шешуге тырысқан кезде, сандық көрсеткіштерді қатар-қатар қарау пайдалы болады. Төмендегі кестеде кіші металдық бөлшектердің типтік өндіріс сериясы үшін екі әдістің практикалық айырмашылықтары келтірілген. Ескертеміз: бұл жалпы бағдарламалар, ал нақты сандар геометриялық күрделілік пен белгілі бір қорытпаның ерекшеліктеріне байланысты өзгеруі мүмкін.

Бұл жағдайды қарастырғанда, стратегиялық қиылысу анық байқалады. Қосымша өндіріс нарыққа шығу жылдамдығы мен күрделі ішкі сипаттамалар үшін жеңіске жетеді. Ал MIM көлемі көтерілген кезде және дизайн негізгі түрінде бекітілген кезде бірлік экономикасы үшін жеңіске жетеді. Ең ақылды өндіріс стратегиялары осы екі бағанға қарсылас ретінде емес, бірдей трансмиссиядағы әртүрлі тісті дөңгелектер ретінде қарайды. Сіз өнімнің өмірлік циклының қай кезеңінде тұрғаныңызға қарай олардың арасында ауысады.

Жоғары көлемді MIM өндірісі үшін дәлдік шектерін реттеу

Допуск — бұл металдық инжекциялық прессовкаға жаңа келген дизайнерлерді қорқытатын сөз. Қосымша өндірісте сіз әдетте жақсы калибрленген машина көмегімен бірнеше мыңдықтың бір бөлігі дюймға (±) дейінгі дәлдікті қамтамасыз ете аласыз, бірақ сіз осы бөлшекті уақыт пен ақша талап ететін қатты қиындықпен қабаттап құрасыз. MIM-де қалып дұрыс реттелген кезде және спекрлеу пеші дұрыс профилденген кезде сіз жүздеген мыңдаған циклдар бойынша өлшемнің жарты пайызына (±) дейінгі өте тар допустарды ұстай аласыз, ал бір бөлшекке шығын — бірнеше центтен аспайды. Дегенмен, осы дәлдік деңгейіне қол жеткізу үшін бөлшек дебиндинг пен спекрлеу кезінде қалай деформацияланатынын терең түсіну қажет.

Егер сіз AM дизайнын MIM аймағына әкелсеңіз, сіз міндетті түрде синтерлеу имитациясын жүргізуіңіз керек. Бұл бағдарламалық құралдар жасыл бөлшектің геометриясын қабылдайды және бөлшек қыздыру циклы кезінде қай жерде иілу немесе бұралуға ұшырайтынын болжайды. Күрделі геометриялық пішіндер үшін бұл шарттың орындалуы міндетті. Сізде CAD файлында қатесіз көрінетін кішкентай медициналық скобка болуы мүмкін, бірақ ол он бес пайызға кішірейген кезде массаның теңсіздігі аяқтарды ішке немесе сыртқа бұралуға себепші болады. Осы ақауды жою үшін жиі «сеттерлер» деп аталатын, бөлшекті синтерлеу кезінде белгілі бір орында ұстайтын дәстүрлі керамикалық қондырғылар қосылады. Бірақ осы қондырғылар қымбат тұрады және пеште орын алады. Жақсырақ тәсіл — AM прототипінің сынақ нәтижелерінен алынған тұжырымдарды пайдаланып, бөлшектің кішірею кезінде өзін-өзі түзетуіне көмектесетін кішкентай фаска немесе ребро қосу немесе алып тастау орындарын анықтау. Бұл массаның тепе-теңдігін қамтамасыз етуге бағытталған өте ұсақ әрекет, ал бұл мәселе қатты құрылымды құрылымдық тақтада орналасқан AM бөлшегі үшін сирек қолданылады.

Ешкім сөз қылмайтын пост-өңдеу коэффициенті

MIM бөлшегі синтерлеу пешінен шыққан кезде оны жіберуге болады деген үлкен қате түсінік бар. Бұл — ешқандай да шындық емес, әсіресе басқа дәл механизмдермен өзара әрекеттесетін бөлшектер туралы сөз болғанда. MIM бөлшектерінде құйма орындарының ізі қалады, бөліну сызығының қосымша қабаты (флэш) болады және беттің жағдайы — көрінісі бойынша құйма металдан жақсы болса да, әлі де жетілдіруге қажет болуы мүмкін. Бұл — қосымша өндіріс ой-түсінігінің MIM әлеміне өте оңтайлы тәсілмен кіріп келе жатқан жер.

Қосымша өндірісте біз бөлшек лазер сөндірілген кезде толық дайын болғанын қабылдауға үлкен деңгейде үйренгенбіз. Бұл жағдайда жылумен өңдеу, қолдау элементтерін алып тастау, сонымен қатар шарикпен ұрып тазарту немесе барабанда айналдыру сияқты беттің жалпы өңделуі сияқты қосымша өңдеу кезегі болады. МИМ-де осындай көңіл бөлу деңгейі қажет, бірақ көлемі әлдеқайда көп. Сіз он бөлшектің орналасқан лотогын емес, он мың бөлшектің орналасқан барабанын барабанда айналдырасыз. Осы технологиялардың интеграциясында жоғары көрсеткішке ие болатын қызмет көрсетушілер, мысалы KYHE TECH автоматтандырылған соңғы өңдеу сызықтарына қатты инвестициялар жасады, олар кішкентай күрделі бөлшектің әдемі сипаттамаларын сақтай отырып, осындай өнімділікті өңдей алады. Егер сіз жоғары энергиялық центрифугалды баррелді өңдеу процесінде тұрақты болмайтын өте әлсіз сипаттама жобаласаңыз, сіз негізінде экономикалық тұрғыдан массалық шығаруға келмейтін бөлшек жобалаған болып табыласыз. Қосымша өндірісті (AM) және металл порошоктарын қысып шығару арқылы өндіруді (MIM) интеграциялау — бұл бөлшектің соңғы бақылау қалташасына дейінгі барлық жолын түсіну деген сөз; бұл бір ғана прототип үшін координаталық өлшеу машинасы (CMM) арқылы тексеруді немесе үздіксіз өндіріс бірліктері ағыны үшін оптикалық сорттау жүйесін қамтуы мүмкін.

Екі әлем үшін жобалау, бірақ ақылыңызды жоғалтпау

Сонымен, қалайша қосымша әдіспен тез прототиптей алатын және одан әрі MIM-ге кедергісіз масштабтауға болатын бөлшектің дизайнын құруға болады? Кілті — CAD процесіне ерте кезде ережелер жиынын енгізу. MIM қалыптарын тазарту қиын болатын терең, тар тесіктерден аулақ болу керек. Спеклеу кезіндегі бұралуын болдырмау үшін қабырға қалыңдығын салыстырмалы түрде біркелкі ұстау керек. Бұлар — қосымша өндіріс әдісі MIM-ге қарағанда көбірек төзімді болатын дәл осындай факторлар.

Бірақ бұл қиылысу пайдасы да бар. Қосымша өндіріс әдістерін қолдану принциптері — сүйір бұрыштар мен үлкен масса шоғырлануын болдырмау — нақтылықпен МИМ-дің жақсы дизайндау практикасымен сәйкес келеді. Массаны азайту үшін топологиялық оптимизацияланған бөлшек, ыстықтық қалыптауға себеп болатын қалың және ауыр бөліктерді алдын ала жойғандықтан, ыдырау процесі де біркелкірек өтеді. Егер сіз салмақты азайту үшін органикалық тор немесе ойыс құрылымды қолданатын бөлшек дизайнын жасай алсаңыз, онда осы бөлшекті МИМ-қалыпқа аударған кезде ол аз ғана материалды талап етеді, ұнтақ шығыны төмендейді және біркелкірек сығылады. Бұл — әдемі кері байланыс циклы. Қосымша өндірісті пайдаланып, идеалды пішінді табыңыз. Содан кейін осы пішінді пайдаланып, дәстүрлі фрезерлеу әдісімен өндірілетін бәсекелестеріңіздің жасайтындарынан жеңілірек және құны төменірек МИМ-бөлшегін жасаңыз. Бұл қосымша өндірістің МИМ-ді немесе керісінше МИМ-нің қосымша өндірісті ауыстыруы туралы емес. Бұл — өнімнің өмірлік циклының әрбір кезеңінде ең тиімді құралды таңдау және дизайндарыңыздың екі тілде де біркелкі түсінікті болуын қамтамасыз ету туралы.

Бұл гибридтік тәсіл қайда ең жақсы көрінеді

Егер сіз бұл екіжақты тәсілден ең көп пайда көретін өнімдерге назар аударсаңыз, олар әдетте кішігірім, күрделі және жоғары құнды өнімдер болып табылады. Мысалы, хирургиялық скобалардың ішіндегі микрогеарларды қарастырыңыз. Бірінші бірнеше мың бірлік лазерлік ұнтақты жатықтық машинасында дайындалады, ал хирургиялық топ эргономиканы және атқару тізбегін растайды. Осы уақыт ішінде МИМ (металл ұнтағын қалыптау) қалыбы қиылады. Дизайн бекітілген кезде өндіріс сызығы ауысады және осы геарлардың ондаған мыңдаған бірлігін айына AM әдісімен өндіру құнының бөлшегін құрайтындай етіп шығарады. Науқас немесе хирург осы айырманы ешқашан сезбейді, бірақ компанияның таза пайдасы міндетті түрде сезеді.

Бұл стратегия сонымен қатар тұрақты дамуға үлкен үлес қосады, ал бұл қазіргі заманғы өндірісте ешқандай реттеу мүмкін емес. MIM қоректендіру қоспасын пайдалану көлемі қосымша өңдеуге қарағанда өте жоғары болып табылады және жиі 95 пайыздан асады. Осыған қоса, қоспалы өндіріс тек осы нақты геометрия үшін қажетті ұнтақты ғана пайдаланады, сондықтан өндіріс экожүйесінде өте аз қалдық пайда болады. Бұл — жауапкершілікті тұрғыдан заттарды жасаудың тәсілі, сонымен қатар бұл – саланың қозғалыс бағыты. 3D-баспа технологиясының цифрлық икемділігі мен металл инжекциялық прессовкасының экономикалық тиімділігін бірдей меңгеру — инновацияларды құратындар мен қалғандардың арасындағы айырмашылықты қалыптастырады. Бұл сіздің ешқашан тұрып қалмайтығыңызды білдіреді. Сіз әрқашан белгілі бір көлемге сәйкес келетін дұрыс құралды таба аласыз.