Additive Fertigung beginnt, über den Desktop-3D-Druck hinaus zu reifen

3D-Druck wird erwachsen. Ist es so revolutionär, wie es verspricht, oder nur ein weiteres wertvolles Werkzeug in der Werkzeugkiste der Arbeit – oder beides? Wir haben mit MakerBot und einem 3D-Druckberater im Rust Belt gesprochen, um zu sehen, wo die Dinge stehen und wohin sie gehen.

Der 3D-Druck hat sein volles Potenzial in professionellen und fertigungsorientierten Umgebungen noch nicht ausgeschöpft, aber es gibt dort viel gesunden Raum für Wachstum, sagen Ingenieure, Berater und Akademiker der additiven Fertigung. Und es entstehen neue Technologien und Maschinen, die sich Innovationen bei Metallpulvern zunutze machen. Eine der größten Fragen in Bezug auf die Technologie ist, ob sie sich von einem Favoriten für Teiledesign und Prototyping zu einer tragenden Säule in der Fertigung entwickeln kann. Wird es sich bei höheren Produktionsniveaus durchsetzen? Und was sind die Hindernisse, um größere Wellen zu schlagen?

Brancheninsider sagen, dass Betriebe aller Größen diese 3D-Prozesse auf eine Vielzahl von genialen Arten nutzen – von kundenspezifischen Werkstückhalterungen und Formen bis hin zu funktionalen Endverbrauchsteilen mit einer Geometrie, die nur mit additiver Fertigung möglich ist.

„CNC-Läden verwenden Dinge wie MakerBot, um komplexe Strukturen in 3D zu drucken, die das Gerät in der Mühle in dem Winkel halten können, der für die Bearbeitung des Teils erforderlich ist“, sagt Chris Barrett, Präsident von 3DDirections. „Werkstätten stellen auf diese Weise Vorrichtungen, Vorrichtungen und einige Werkzeuge her.“

Barrett ist von Beruf Chemiker und Physiker, war aber gelangweilt von Reagenzgläsern – und fand seinen Weg in die Materialwissenschaft und Technik. Da er in Ohio lebt, war Barrett der traditionellen Fertigung und der Welt der aufkommenden additiven und 3D-Drucktechnologien ausgesetzt. Er begann seine Beratung mit einem starken Verständnis beider Welten und konzentriert sich darauf, Unternehmen dabei zu helfen, die Vorteile der Technologie dort zu nutzen, wo es am sinnvollsten ist.

Hinweis:Barrett veranstaltete als Trainer für Tooling U-SME am 27. Juni ein Webinar über additive Fertigung auf Better MRO, in dem er sieben Hauptkategorien des 3D-Drucks skizzierte und die Vor- und Nachteile jedes Typs diskutierte. Die Wiederholung ist im obigen Videolink verfügbar. Enthaltene Themen:

• Bat Photopolymerisation
  • Enthält Stereolithographie (SLA) und Digital Light Processing (DLP)
• Pulverbettfusion (PBF)
  • Enthält SLS, direktes Metall-Lasersintern (DMLS), SLM, Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
• Binder-Jet-Druck (BJP)
• Materialstrahldruck (MJP)
• Blattlaminierung (LOM)
• Materialextrusion
  • Enthält Fused Deposition Modeling (FDM)

• Directed Energy Deposition (DED)

„Es gibt eine Reihe wichtiger Möglichkeiten, wie Hersteller und Lohnfertiger heute professionelle 3D-Drucker einsetzen“, sagt Dave Veisz, Vice President of Engineering bei MakerBot. „Unternehmen verwenden sie für die Organisation des Arbeitsplatzes – für Teile, die einem Geschäft helfen, die schlanke 5S-Fertigung zu implementieren, Montage- und Messvorrichtungen, Teilegreifer, Messgeräte und dort, wo hochfeste Kunststoffe angemessen sind … Sie werden es nicht für einzigartig anspruchsvolle Highs verwenden -Kraft- oder Hochtemperaturanwendungen wie Ofenvorrichtungen, aber für viele Vorrichtungs- und Werkzeuganwendungen funktioniert es gut.“

Ein entscheidender Vorteil des 3D-Drucks:Die geometrische Komplexität ist „kostenlos“, sagt Veisz. Angenommen, Sie entwerfen einen Greifer zum Aufnehmen und Platzieren eines Gussstücks mit einer komplexen Form. Sie können im CAD die Umkehrung der Gussteilgeometrie erzeugen, für die Anwendung modifizieren und perfekt passend drucken. Da die Kosten und der Zeitaufwand für den 3D-Druck in erster Linie vom Teilevolumen abhängen, entstehen keine zusätzlichen Kosten für schwierig zu erzielende Geometrien durch traditionelle Herstellungsverfahren.“

Metall-3D-Druck, additive Fertigung:Wer verwendet es heute?

Die additive Fertigung mit Metallpulver oder Hochtemperatur-Thermoplasten wird überwiegend in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungssektor eingesetzt – und das aus gutem Grund:Diese Unternehmen können es sich leisten, Forschungs- und Entwicklungsgelder in kleinere, manchmal komplexe Teile zu investieren, die das Potenzial haben, Kosten zu senken oder Lieferzeit beschleunigen. Zu den Teilen gehören:komplexe Rohrleitungen für Umweltkontrollsysteme, Windkanal- und unbemannte Luftfahrzeugkomponenten, Tanks für Treibstoff und andere Flüssigkeiten, Ersatzteile und Verbundaufbauten.

„Die meisten der großen Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungs-OEMs, darunter Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, diejenigen, die über große Einnahmen verfügen, sind alle dabei“, sagt Barrett. „Und die anderen Unternehmen, die damit beginnen, sind biomedizinische Firmen, die heute Titan-Hüftimplantate herstellen. Aber das, worauf Sie stoßen, sind die Kosten.“

Die OEMs wollen die Arbeit ausschreiben und an kleinere Hersteller auslagern. Die Herausforderung besteht darin, dass die Standards die Metalldruckteile noch nicht eingeholt haben. Die FAA-Standards für Luft- und Raumfahrtteile, insbesondere für große Passagierflugzeuge, können zu Recht streng sein. Um zu verstehen, was akzeptable geringfügige Anomalien sind und was nicht, ist viel Forschung erforderlich.

Im Moment kann ein kleinerer Job-Shop ein Metallteil für einen OEM drucken, aber er kann beispielsweise nur eine Art von Metallpulver in seiner Maschine gemäß dem Standard auf einer zugelassenen Maschine verwenden – und daher sind die Einschränkungen kostspielig , sagt Barrett. Job-Shops brauchen Flexibilität, um Gewinne zu erzielen.

Sehen Sie, wie ein Luft- und Raumfahrt- und Rüstungshersteller eine Nische in der additiven 3D-Arbeit gefunden hat. Lesen Sie „ Wie man ein 3D-gedrucktes Teil in der Luft- und Raumfahrt auf den Markt bringt .“

„Die gute Nachricht ist, dass die Standards in den nächsten fünf bis zehn Jahren Wirkung zeigen werden“, sagt Barrett. „Gegenwärtig führt das NIST (National Institute of Standards and Technology) hier viel Forschung durch.“

Aber es ist nicht auf Luft- und Raumfahrt oder Implantate beschränkt. Andere medizinische Instrumente werden hergestellt, wie z. B. tragbare Geräte, medizinische Wagen und chirurgische Führungen und Werkzeuge sowie Teile für die Kategorien Energie, Transport und Konsumgüter. In Öl und Gas werden Teile für Rotoren und Statoren produziert. In der Automobilindustrie stellen Unternehmen Verkleidungen, kundenspezifische Innenräume und Kühlergrills her. Und für Verbraucher denken Sie an Form und Passform:Fassungen für Brillen und Vorproduktionsdesigns.

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Die Methode von MakerBot zielt auf den professionellen Markt und Job Shops ab

Eines der Unternehmen, das während der ersten Verbraucherakzeptanz des 3D-Drucks viel Zugkraft und Aufmerksamkeit erlangte, war MakerBot. Das Unternehmen, das 2013 von Stratasys gekauft wurde, hat sich in den letzten Jahren auf Forschung und Entwicklung über den Bastler- und Pädagogenmarkt hinaus konzentriert. Stratasys stellt seit 2015 3D-Teile für Airbus her.

Im vergangenen Dezember brachte MakerBot eine fortschrittlichere 3D-Druckmaschine namens Method auf den Markt, die auf den professionellen Markt ausgerichtet ist und etwa ein Drittel eines industriellen 3D-Druckers der Einstiegsklasse kostet. MakerBot arbeitete mit Stratasys zusammen, um die Technologie zu entwickeln, die in der neuen Maschine verwendet wird. Method ist die erste neue Hardwareplattform für MakerBot seit etwa drei Jahren.

„Es ist wirklich die erste Plattform, die wir als Tochtergesellschaft von Stratasys von Grund auf neu entwickelt haben“, sagt Veisz. „Es ist eine Kombination aus geistigem Eigentum und umfassendem Wissen von Stratasys und der Design- und Konstruktions-DNA von MakerBot … Wir hätten diese Maschine ohne beide Teile nicht erfolgreich durchziehen können.“

Der Funktionsumfang von Method ist völlig anders und robuster als die Desktop-3D-Druckmaschinen da draußen, heißt es. Dieser Funktionsumfang umfasst die doppelte Extrusion von festem Modellmaterial und löslichem PVA – einem wasserlöslichen Kunststoff – sowie einen CNC-gefrästen Metallrahmen, Trockendichtungsmaterialfächer und eine zirkulierende beheizte Kammer, die ein warmes Luftpolster erzeugt, das für die Schaffung einer kontrollierten Umgebung unerlässlich ist . Jede hinzugefügte Ebene sieht dieselbe Umgebung.

Um die Dinge in Aktion zu sehen, sehen Sie sich dieses Integrations-Webinar zu 3D-Druck und CNC-Bearbeitung an [Quelle:MakerBot]

„Das ist etwas, was man bei industriellen 3D-Druckern sieht, die bei Zehntausenden von Dollar beginnen, und das sieht man in der Desktop-Welt nicht“, sagt Veisz. Desktop-3D-Drucker verwenden eine Bastlerarchitektur, die keine wiederholbare Maßgenauigkeit bietet, wodurch sie für viele Fertigungsanwendungen mit engen Toleranzen ungeeignet sind.

Da die Druckumgebung auf Desktop-3D-Druckern nicht so kontrolliert wird wie auf industriellen 3D-Druckern, leiden auch die Genauigkeit und die Maschinenverfügbarkeit. Bei den meisten Desktop-3D-Druckern wird das Teil, wenn Sie sich in Z-Richtung nach oben bewegen, einer kühleren Umgebung ausgesetzt, wodurch die Schicht schwächer wird und sich das Teil anders verzieht.

Bei Method behauptet MakerBot, Toleranzen für das fertige Teil von plus-minus 0,2 Millimetern für die ersten 100 Millimeter in der X-, Y- und Z-Achse anzugeben – und dann wird es mit demselben Anteil skaliert, 0,002 Millimeter pro Millimeter für alle Abmessungen, die über 100 Millimeter liegen.

„Es sind also nicht ganz präzise CNC-Bearbeitungstoleranzen, aber für die meisten Vorrichtungen, Vorrichtungen, Werkzeuge und Prototypenarbeiten sind sie sicherlich eng genug“, sagt Veisz. „Und es entspricht den Toleranzen des Kunststoffspritzgusses in der Produktion. Sie sehen bei den meisten Desktop-3D-Druckern keine Ansprüche auf Maßgenauigkeit, und MakerBot hat keine Ansprüche auf die Genauigkeit von Fertigteilen auf früheren Maschinen erhoben … Sie sehen nicht wirklich Ansprüche auf Maßgenauigkeit für Teile [bei den meisten Desktop-3D-Druckern] … Es ist bemerkenswert dass dies der erste Drucker ist, den wir auf den Markt gebracht haben, der aufgrund des löslichen Trägers wirklich jede beliebige Geometrie drucken kann und aufgrund der Maschinenfunktionen und -steuerungen mit einer gleichbleibenden Teilegenauigkeit drucken kann.“

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