Sechs Prozesssteuerungsvariablen, die für Ihren Erfolg bei der additiven Fertigung von entscheidender Bedeutung sind

Additive Fertigungsprozesse arbeiten in Größenordnungen, die weitaus komplexer und komplizierter sind, als menschliche Maschinenbediener ohne fremde Hilfe steuern können. Schichtbasierte Methoden wie Fused Deposition Modeling (FDM) können gemäß einer Vielzahl von Variablen konfiguriert werden, einschließlich Pixelskalierung und Druckwinkel, die manuell nur schwer oder gar nicht zu validieren sind. Aus diesem Grund benötigen Hersteller bewährte Methoden, um sicherzustellen, dass additive Produktionsprozesse sowohl innerhalb als auch zwischen Druckaufträgen präzise, ​​genau, wirtschaftlich und sicher sind.

Im Großen und Ganzen handelt es sich bei diesen Methoden – bekannt als Prozesssteuerungen – um industrielle Systeme, die es Ingenieuren ermöglichen, komplexe Prozesse so zu steuern, dass sie konsistente Ergebnisse liefern. Beispielsweise können Prozesskontrollen der additiven Fertigung dazu beitragen, zahlreiche Produktionsparameter zu optimieren, die entscheidend sind, um sicherzustellen, dass Teile ähnliche Standards für geometrische Genauigkeit, Leistungsmerkmale, mechanische Eigenschaften, Maßtoleranzen und Qualitäten erreichen.

Die Mehrheit der industriellen 3D-Drucker – einschließlich der meisten Laser Powder Bed Fusion (LBPF)-Maschinen – verfügen jetzt über Überwachungssysteme mit geschlossenem Regelkreis, die Kameras sowie Wärme- und Positionssensoren verwenden, um Daten über die Ausgabe des Druckers zu sammeln und Abweichungen in Echtzeit zu erkennen .

Diese auch als Rückkopplungssysteme bekannten In-situ-Prozesssteuerungen nehmen Anpassungen basierend auf der Ausgabe vor, um die gewünschten Bedingungen oder Eigenschaften zu erreichen, wodurch die Konsistenz und Qualität der Teileproduktion verfeinert werden. Obwohl weniger verbreitet, verfügen einige 3D-Drucker über „Feed-Forward“-Simulationswerkzeuge, die Feedback direkt in das Closed-Loop-System des Geräts eingeben, was eine Echtzeit-Prozesssteuerung und konsistentere Drucke ermöglicht.

Kritische additive Prozesskontrollvariablen

Die Präzision und Qualität von 3D-gedruckten Teilen wird von Dutzenden von Variablen beeinflusst, die streng kontrolliert werden müssen, um konsistente Ergebnisse zu erzielen. Im Allgemeinen stimmen diese Variablen mit einer von sechs Kategorien überein.

1. Umwelt

Die Kontrolle der physikalischen Bedingungen des Raums, in dem Teile erstellt werden, ist grundlegend für die Gewährleistung konsistenter Drucke. Faktoren wie Feuchtigkeit, Luftqualität und Temperatur können sich erheblich darauf auswirken, wie das Material extrudiert und zwischen den Schichten verbunden wird. Zu wissen, wie sich jeder dieser Faktoren auf die Druckqualität auswirkt, ist entscheidend.

2. Maschine

Die während der Produktion verwendete Technologie bringt eine Reihe von Variablen mit sich, die berücksichtigt werden müssen.

Die Qualität einer Maschine kann einige dieser Faktoren lindern. Beispielsweise ist die erreichbare Toleranz nur so gut wie das am wenigsten genaue Teil der Maschine; Es spielt keine Rolle, wie teuer ein Extruder ist, wenn die Steuerungen und Motoren, die ihn antreiben, ungenau sind. Zusätzliche Faktoren wie die Extrusionskraft und die Drucker- und Plattformtemperatur haben direkte Auswirkungen auf die Materialhaftfestigkeit und die Grenzflächenstabilität.

3. Materialien

Während unterschiedliche Materialeigenschaften natürlich die Leistung und Funktion des fertigen Teils beeinflussen, müssen diese Qualitäten auch im Produktionsprozess berücksichtigt werden. Wenn Materialien spezielle Lagerungs- oder Handhabungsanforderungen haben oder vor dem Druck auf eine bestimmte Weise vorbereitet werden müssen, sollten Prozesskontrollen für jede Variable eingerichtet werden, um sicherzustellen, dass ein Auftrag mit ähnlichen Ergebnissen wiederholt werden kann.

4. Teilegeometrie und -orientierung

Neben der Optimierung des Teiledesigns für die Fertigung müssen Ingenieure definieren, wie das Teil in der Baukammer des Druckers hergestellt wird. Faktoren wie die Ausrichtung des Teils relativ zur Bauplatte, das Design des Stützmaterials und die Ausrichtung kritischer Merkmale auf die genaueste Druckebene der Maschine tragen alle zur Produktionseffizienz und -qualität bei.

5. Nachbearbeitung

Nach Abschluss des Druckvorgangs müssen Teile aus verschiedenen Gründen möglicherweise vor der Nachproduktion weiteren Prozessen unterzogen werden. Wenn Stützmaterial verwendet wurde, muss es entfernt werden. Bestimmte Merkmale müssen möglicherweise gebohrt werden, um die Genauigkeit des Endprodukts zu erhöhen. Auch sekundäre Schritte können zeitkritisch sein. In jedem Fall müssen diese Prozesse standardisiert werden.

6. Qualitätssicherung

Eine weitere Optimierung der Nachbearbeitung trägt dazu bei, die Teilegenauigkeit zu gewährleisten und die gewünschten ästhetischen Qualitäten zu erreichen. Ähnliche Parameter sollten für die Entfernung von Stützstrukturen, die Endbearbeitung von Oberflächen und die Anbringung kosmetischer Details wie Heißprägen oder Plattieren festgelegt werden. Schließlich müssen die Methoden zum Messen, Validieren und Qualifizieren von Teilen – eine Praxis, die als Metrologie bekannt ist – konsistent sein.

Optimierung additiver Produktionsprozesse für kritische Variablen

Nach der Identifizierung der an einem bestimmten Produktionsauftrag beteiligten Variablen besteht der nächste Schritt für Produktteams darin, einen Prozess zu entwerfen, der ein effektives Variablenmanagement ermöglicht. Die Prozesskalibrierung erfordert Trial-and-Error, aber ein wesentlicher Vorteil additiver Fertigungsprozesse besteht darin, dass sie iterativ sind und schnelle Aktualisierungen digitaler Designs ermöglichen, ohne dass teure und zeitaufwändige Werkzeugwechsel erforderlich sind.

Die Optimierung additiver Produktionsprozesse auf Genauigkeit und Präzision sollte im Allgemeinen die folgenden Schritte umfassen:

1. Sammeln Sie umfangreiche Datensätze basierend auf den Prozesssteuerungsvariablen
2. Führen Sie statistische und Korrelationsanalysen der Datensätze durch, um die Abhängigkeit zwischen Variablen und Eingaben festzustellen
3. Führen Sie basierend auf variablen Abhängigkeiten gezielte Versuchspläne (DOEs) durch, um die Hauptursachen von Inkonsistenzen oder Abweichungen zu beleuchten
4. Verändern Sie den Produktionsprozess, um eine höhere Genauigkeit und Präzision zu erreichen

Dieser Zyklus sollte wiederholt werden, bis der Prozess zuverlässig qualitativ hochwertige Teile mit den gewünschten Eigenschaften und Maßtoleranzen produziert. Es sollten jedoch fortlaufend Tests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Prozess konsistent und effektiv ist.

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Prozesssteuerungen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Produktionsmethoden effizient und konsistent bleiben, und die Entwicklungen in den Prozesssteuerungstechnologien der additiven Fertigung waren sowohl schnell als auch signifikant. Die zunehmende Integration von IoT-Sensoren und Algorithmen für maschinelles Lernen in 3D-Druckersysteme ermöglicht es Produktteams, Teile mit größerer Präzision und Geschwindigkeit zu erstellen. Darüber hinaus haben bahnbrechende neue Technologien wie Simulationsanalyse, experimentelles Design und Industrialisierung von Steuerungssystemen das Potenzial, den Sektor der additiven Fertigung zu rationalisieren und zu verfeinern.

Fast Radius ist eine zukunftsorientierte On-Demand-Fertigungsplattform, die eine Reihe von Produktionstechnologien anbietet, die von additiver Fertigung und Spritzguss bis hin zu Urethanguss und CNC-Bearbeitungsdiensten reichen. Wir spezialisieren uns nicht nur auf die Verfeinerung des Teiledesigns für maximale Effizienz und Qualität, sondern auch darauf, unseren Kunden dabei zu helfen, den richtigen Produktionsprozess – oder eine Kombination von Prozessen – zu finden, um die Arbeit pünktlich und zu wettbewerbsfähigen Preisen zu erledigen. Wenden Sie sich noch heute an unser Team, um loszulegen.

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