Si të integroni MIM-in për prodhimin masiv të pjesëve të vogla komplekse bashkë me AM.

Nëse keni kaluar pak kohë në fabrikat e prodhimit së fundmi, mund të keni vënë re se kufiri midis prototipizimit dhe prodhimit në shkallë të plotë po bëhet gjithnjë e më i paqartë nga dita në ditë. Prodhimi shtesë (additive manufacturing) ishte dikur fëmija i bukur i bllokut për prodhimin e prototipeve unike ose gjeometrive shumë të komplikuara që asnjë CNC nuk mund t'i realizonte. Por kur biseda zhvendoset nga prodhimi i dhjetë pjesëve në prodhimin e dhjetë mijë pjesëve, matematika ndryshon shpejt. Kjo është pikërisht ku shumë inxhinierë bien në një mur. Ata adhurojnë lirinë e dizajnit që ofron shtypja 3D e metaleve si titani ose çeliku i pakorrozueshëm, por kanë nevojë për koston për pjesë dhe kohën e ciklit që ofron vegla tradicionale. Sekreti që shumë industri me performancë të lartë po mbështeten në të momentalisht nuk ka të bëjë me zgjedhjen e njërës nga të dyja. Ka të bëjë me një rrjedhë punë hibride të inteligjentë që fut MIM-in, ose Formimin e Metalit me Injeksion, në të njëjtën diskutim si dhe prodhimi shtesë.

Për komponentët e vegjël dhe të ndërlikuar, si p.sh. bezelët e orëve, çelësat e veglave kirurgjikale ose madje edhe ato levë të vogla bllokuese në një thikë të palosshme, gjeometria është shpesh shumë e ndërlikuar për përpunimin me metoda të lira dhe volumi është shumë i lartë që fusioni i pluhurit me laser të jetë ekonomikisht i përshtatshëm. Kjo është pikërisht zona ideale ku integrimi i MIM-së (Metal Injection Molding) bashkë me AM (Additive Manufacturing) ndalon të jetë vetëm një teori dhe fillon të bëhet një avantazh konkurrues serioz. Ai ju lejon të përdorni shtypjen 3D për punën e rëndë të përsëritjes së dizajnit dhe të vlerësimit të tij, dhe pastaj të kaloni në MIM për punën e rëndë të prodhimit aktual. Në papier duket e thjeshtë, por realizimi i saj pa probleme kërkon njohje të thellë të vendeve ku gjenden pengesat në secilën nga këto procese.

Ndryshimi Themelor në Shkurtim dhe Shkallë

Le të qartësojmë një gjë menjëherë nga fillimi: formatimi i metalit me injektim është një proces i shkurtimit të kontrolluar. Ju përzieri një pulber shumë të hollë metalik me një sistem lidhësi, e injektoni atë në një mold që është më i madh se pjesa përfundimtare dhe pastaj kushtoni shumë kohë dhe nxehtësi për heqjen e lidhësit para se të bëni sinterimin e metalit deri në dendësinë e plotë. Pjesa që del nga furja e sinterimit është dukshëm më e vogël se ajo që hyri brenda. Në fakt, zakonisht shkurtohet rreth pesëmbëdhjetë deri në njëzet përqind linearisht. Nëse jeni një inxhinier i zakonur me saktësinë e formës gati të përfunduar (near net shape) të një makine fuzionimi me çelës laser në zonën e pulberit, kjo shkallë e shkurtimit mund të duket si magji vudù. Nga ana tjetër, prodhimi shtesë (additive manufacturing) ju jep një pjesë që është shumë afër skedarit CAD menjëherë pas nxjerrjes nga platforma e ndërtimit, ndoshta me pak deformim nga stresi i mbetur, por aspak si ai ndryshim masiv volumetrik.

Kjo është pika ku integrimi bëhet i vështirë. Ju nuk mund të merrni thjesht një skedar dizajni të optimizuar për shtimin (AM) dhe ta dërgoni direkt në departamentin e MIM-it. Ajo kornizë e lehtë me optimizim topologjik, me të gjitha ato kurba organike dhe të rrjedhshme? Mund të jetë një kozmos për të nxjerrë nga forma. Nën-kurrizimet që janë shumë të lehta në shtimin 3D, sepse thjesht shpërbëhen mbështetësit, bëhen veprime anësore ose shkëlqime të shtrenjta në një mjet formash. Kur dizajnoni për këtë strategji dyfishe, duhet të keni një sy në lirinë e lasersë dhe tjetrin në vijën e ndarjes së formës. Integrimet më të suksesshme trajtojnë pjesën e shtimit (AM) si një prototip funksional që vërteton konceptin, dhe më pas ekipi ulesh për të përshtatur atë gjeometri specifikisht për formueshmërinë pa hequr sipërfaqet funksionale kryesore. Ju po kthejeni efektivisht një skedar nga gjuha e shtimit në gjuhën e formatimit me injeksion.

Pse të filloni me shtimin (AM), nëse formatimi me injeksion (MIM) është qëllimi përfundimtar?

Mund të duket si një hap shtesë. Pse të mos prerim thjesht një mjet MIM dhe të vazhdojmë me punën? Përgjigjja, në shumicën e rasteve, kthehet në shpejtësinë e zhvillimit dhe në koston e gabimit. Një mjet MIM është një pjesë e përsosur prej çeliku që mund të kushtojë lehtë disa qindra mijë dollarë dhe të kërkojë tetë deri në dymbëdhjetë javë për ndërtim dhe mostrim. Nëse vendosni atë mjet në presën industriale dhe pastaj zbuloni se funksioni i lidhjes me klikim është pak a shumë i brishtë ose se trashësia e murit po shkakton një vrimë zbritjeje kundër ribës, do të përballet me një proces modifikimi shumë të shtrenjtë dhe shumë të ngadaltë. Ajo lloj afati kohor thjesht nuk pranohet në zhvillimin e pajisjeve mjekësore apo në elektronikën konsumatore.

Duke përdorur shtyrjen e ciklit të zhvillimit në fazën e parë me prodhimin shtesë (additive manufacturing), veçanërisht me materiale që imitojnë përbërësin e procesit MIM, ju mund të kryeni iterime të shumta. Ju mund të shtypni dhjetë variacione të ndryshme të gjeometrisë së një bishtiku brenda një jave, duke përdorur të njëjtën përbërje të pluhurit metalik që do të përdoret më vonë në procesin MIM. Ju mund të testoni ndjesinë taktil, momentin e thyerjes (breakaway torque) dhe jetëgjatësinë në kushte ciklike (fatigue life) pa u prekur asnjëherë bazën e moldit. Kur dizajni është përfunduar dhe testimet e vërtetimit janë miratuar, atëherë fillon procesi i prodhimit të veglave (tooling). Kjo është veçanërisht e rëndësishme për materiale që janë të popullarizuara në të dy botat, siç është çeliku inoksidues 17-4PH ose çelikët me aleatim të ulët. Ju nuk po supozoni thjesht se pjesa do të funksionojë në metal. Ju po e vërtetoni këtë me një pjesë fizike metalike shumë para se linja e prodhimit të jetë gati.

Kjo është lloji i rrjedhës së punës që kompanitë të fokusuar në pjesë të vogla komplekse, si Kyhe Tech, e përballojnë rregullisht. Ata kuptojnë se kërkesat për përfundimin e sipërfaqes dhe bandat e tolerancës janë të ndryshme midis dy proceseve. Një pjesë që duket dhe ndihet perfekte pas daljes nga një shtypëse 3D mund të kërkojë një rregullim të hollë të këndit të nxjerrjes (draft angle) për të dalë efikasishëm nga stërvitja. Integrimi i këtyre proceseve do të thotë se po projektimi pjesa dy herë: njëherë për prototipin dhe njëherë për milionet.

Një Krahasim i Shpejtë i Prodhimit me AM dhe MIM

Kur po përpjekeni të vendosni nëse ta mbani një pjesë në prodhimin shtesë (additive manufacturing) apo ta zhvendosni te modelimi me injektim të metaleve (metal injection molding), është e dobishme të krahasoni numrat anë për anë. Tabela më poshtë tregon ndryshimet praktike midis dy metodave për një seri tipike prodhimi të pjesëve të vogla metalike. Kini parasysh se këto janë udhëzime të përgjithshme dhe se numrat e sakta do të ndryshojnë varësisht nga kompleksiteti i gjeometrisë dhe nga ligëria specifike e përdorur.

Duke parë këtë, mbivendosja strategjike bëhet e qartë. Prodhimi shtesë fiton garën për shpejtësinë e hyrjes në treg dhe për veçoritë e brendshme të komplikuara. MIM fiton garën për ekonomikën e njësisë kur vëllimi rritet dhe dizajni është përfunduar. Strategjitë më të zgjuara të prodhimit trajtojnë këto dy kolona jo si konkurrente, por si shkallë të ndryshme në të njëjtën transmision. Ju kaloni nga njëra në tjetrën bazuar në fazën ku ndodheni në ciklin e jetës së produktit.

Përcaktimi i tolerancave për prodhimin e lartë vëllimor MIM

Toleranca është fjalë që i shkakton frikë të madhe dizajnerëve të rinj në modelimin me injeksion të metaleve. Në prodhimin shtesë, zakonisht mund të arrihet një tolerancë prej plus ose minus disa mijëta të inçit në një makinë mirë kalibruar, por pjesa ndërtohet shtresë pas shtrese, gjë që kërkon kohë dhe para. Në MIM, kur vegla është rregulluar saktë dhe furuna e sinterizimit është konfiguruar si duhet, mund të arrihen toleranca shumë të ngushta, shpesh plus ose minus gjysma e përqindjes së dimensionit, për qindra mijë cikle, të gjitha me një kosto të vogël për secilën pjesë. Por arritja e këtij niveli të saktësisë kërkon një kuptim të thellë të mënyrës se si pjesa deformohet gjatë procesit të largimit të lidhësit dhe të sinterizimit.

Nëse po futni një dizajn AM në hapësirën MIM, ju duhet të kryeni absolutisht një simulim sinterimi. Këto programe kompjuterike marrin gjeometrinë e pjesës së gjelbër dhe parashikojnë ku do të rrëshqasë ose deformohet pjesa gjatë ciklit termik. Kjo është e papajtueshme për gjeometritë komplekse. Mund të keni një kllapë mjekësore të vogël që duket perfekte në skedarin CAD, por kur shkon 15%, distribuimi i papërbërë i masës do të shkaktojë kthimin e krahëve brenda ose jashtë. Zgjidhja është shpesh të shtoni ato që quhen «setters», të cilat janë fiksure keramike të personalizuara që mbajnë pjesën në një pozicion të caktuar gjatë sinterimit. Por këto fiksure kushtojnë para dhe zënë hapësirë në furunë. Qasja më e mirë është të përdorni të dhënat nga testimet tuaja me prototipin AM për të identifikuar ku mund të shtoni ose të heqni një filet ose një ribë të vogël që ndihmon pjesën të mbetet e saktë vetëm gjatë shkurtimeve. Kjo është një balancë e delikatë e masës, diçka që shumë rrallë është një shqetësim për një pjesë AM që qëndron në një pllakë ndërtimi të ngurtë.

Faktori i Përpunimit Pasardhës për të cilin askush nuk flet

Ekziston një gabim i madh i kuptimit se, kur një pjesë MIM del nga furja e sinterizimit, ajo është gati për dërgim. Kjo është sa më larg e vërtetës, veçanërisht kur flasim për komponentë që bashkëveprojnë me mekanizma të tjerë të sakta. Pjesët MIM kanë mbetje portash, kanë shkëlqim në vijën e ndarjes dhe kanë një përfundim sipërfaqeor që, edhe pse është më i mirë se metali i derdhur, mund të kërkojë përmirësim të mëtejshëm. Kjo është pikërisht ku mentaliteti i prodhimit shtesë ka filluar të ndikojë në botën e MIM në një mënyrë shumë pozitive.

Në prodhimin shtesë, kemi bërë shumë të zakonshme ideën se pjesa nuk është e përfunduar kur rrezja laser çaktivizohet. Ka një radhë përpunimi pasprodhimi që përfshin trajtimin me nxehtësi, heqjen e mbështetjeve dhe përfundimin e sipërfaqes, siç është bllofimi me bollëk ose rrumbullakimi. Në MIM, kërkohet e njëjtë nivel kujdesi, por në një vëllim shumë më të lartë. Ju nuk po rrumbullakoni një tavolinë me dhjetë pjesë. Ju po rrumbullakoni një tambur me dhjetë mijë pjesë. Furnitorët që dallohen për integrimin e këtyre teknologjive, siç janë KYHE TECH , kanë investuar shumë në vija automatizuar përpunimi pasprodhimi që mund të përballojnë atë lloj rryme pa komprometuar veçoritë e holla të një pjese të vogël dhe komplekse. Nëse dizajnoni një veçori që është shumë e hollë për të mbijetuar një proces përfundimi me barrël centrifugal me energji të lartë, ju keni dizajnuar efektivisht një pjesë që nuk mund të prodhohet masivisht në mënyrë ekonomike. Integrimi i AM dhe MIM do të thotë të kuptosh udhëtimin e pjesës deri në tavolinën përfundimtare të kontrollit, qoftë kjo një kontroll me CMM për një prototip të vetëm ose një sistem optik klasifikimi për një rrjedhë të vazhdueshme njësi prodhimi.

Dizajnoni për të dy botët pa humbur mendjen tuaj

Pra, si uleni në fakt dhe dizajnoni një pjesë që mund të prototipizohet shpejt përmes fabrikimit shtesë dhe më pas të zmadhohet pa probleme në MIM? Sekreti është të integroni një bashkësi rregullash në procesin tuaj të CAD në fazën e hershme. Dëshironi të shmangni vrimat thella dhe të ngushta që janë të vështira për t'u pastruar në veglat e MIM. Dëshironi të ruani një trashësi relativisht të njejtë të murit për të parandaluar deformimin gjatë shkurtimeve në sinterim. Këto janë pikërisht llojet e gjërave që fabrikimi shtesë i toleron shumë më mirë se sa i bën kjo MIM.

Por ka edhe një përfitim kryqëzimi. Projektimi sipas parimeve të prodhimit shtesë, i cili thekson shmangien e këndeve të mprehta dhe të përqendrimeve të mëdha të masës, përshtatet në mënyrë të shkëlqyer me praktikat e mira të projektimit MIM. Një pjesë që është optimizuar topologjikisht për të hequr masën do të shkrihet gjithashtu më uniformisht, sepse ju tashmë keni eliminuar seksionet e trasha dhe të rënda që shkaktojnë vonimin termik. Nëse mund të dizajnoni një pjesë që përdor një strukturë organike me rrjetë ose një strukturë të zgjedhur me zbrastirë për të reduktuar peshën, ajo e njëjtë pjesë, kur përkthehet në një mjet MIM, do të konsumojë më pak material, do të kushtojë më pak në pulber dhe do të shkrihet më parashikueshëm. Kjo është një unazë e bukur e përsëritjes së informacionit. Përdorni prodhimin shtesë për të gjetur formën perfekte. Përdorni atë formë për të krijuar një pjesë MIM që është më e lehtë dhe më efikase nga ana e kostonjë se çdo pjesë tjetër që konkurrentët tuaj po prodhojnë me përpunim tradicional. Nuk është fjalë për zëvendësimin e MIM-it nga prodhimi shtesë ose anasjelltas. Është fjalë për përdorimin e mjetit më të mirë për fazën e duhur të ciklit të jetës së produktit dhe për sigurimin se projektimet tuaja janë të larmishme në të dyja gjuhët.

Ku Kjo Qasja Hibride Shkëlqen Më Shumë

Nëse shikoni produktet që përfitojnë më shumë nga kjo qasje dyfishe, ato janë gati gjithmonë në fushën e veglave të vogla, komplekse dhe me vlerë të lartë. Mendoni për mikro-gjirat brenda një stapleri kirurgjik. Disa mijë njësi të para mund të prodhohen në një makinë me shtresë pulberi me laser, ndërkohë që ekipi kirurgjik vlerëson ergonomine dhe sekuencën e shkëputjes. Gjatë kësaj kohe, forma për MIM po përpunohet. Kur dizajni përfundon, linja e prodhimit kalon në mënyrën e re dhe fillon të prodhojë dhjetëra mijëra të këtyre gjirave çdo muaj me një kostë që është vetëm një pjesë e vogël e kostos së prodhimit me metodën e shtuar (AM). Pacienti ose kirurgu nuk e kupton ndryshimin, por rezultati final i kompanisë sigurisht e kupton.

Kjo strategji luajnë gjithashtu një rol të madh në qëndrueshmëri, e cila po bëhet e papajtueshme në prodhimin modern. Përdorimi i lëndës së hyrëse për MIM është jashtëzakonisht i lartë në krahasim me përpunimin me heqje, shpesh duke kaluar 95 përqind. Kur e kombinoni këtë me faktin se prodhimi shtesë përdor vetëm pulvurin e nevojshëm për atë gjeometri specifike, keni një ekosistem prodhimi që gjeneron shumë pak mbetje. Është një mënyrë e përgjegjshme për të bërë gjëra dhe është drejtimi në të cilin po lëviz industrisë. Aftësia për të naviguar edhe në fleksibilitetin dixhital të shtypjes 3D edhe në efikasitetin ekonomik të modelimit me injektim të metaleve është ajo që ndan inovatorët nga të tjerët. Kjo do të thotë se ju nuk jeni kurrë të bllokuar. Ju mund të gjeni gjithmonë mjetin e duhur për vëllimin e duhur.