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Gedruckter oder bearbeiteter Prototyp? Wie sich der Prozess auf Ihren Prototyp auswirken kann

Prototyping ist ein entscheidender Schritt in jedem Entwicklungsprozess. Es ist wichtig, Ihr Design außerhalb einer CAD-Umgebung zu validieren, da einige Dinge nicht in einem Computer überprüft werden können oder einfach mit Teilen in der Hand zu bewerten sind. Bei den meisten Gegenständen im menschlichen Maßstab führt dies zu einer Entscheidung zwischen zwei Haupttechnologien; Bearbeitung oder 3D-Druck. Historisch gesehen war dies eine ziemlich einfache Entscheidung, da 3D-Druckmaterialien darauf beschränkt waren, spröde, teuer und ziemlich rau zu sein. Mit der Verbesserung der Technologie und der Materialien wird es jedoch verlockender, 3D-Druck anstelle eines bearbeiteten Teils zu verwenden.

Bei der Entscheidung ist es wichtig, die Stärken und Schwächen jedes Prozesses in Bezug auf Kosten, Zeitrahmen, Geometrie und Materialeigenschaften zu bewerten. Schauen wir uns 5 Fälle an, in denen 3D-Druck eine großartige Option ist und 5 Mal ist es möglicherweise besser, ein bearbeitetes Teil zu wählen.

Verwenden Sie einen 3D-Druck, wenn Sie Folgendes benötigen:

1.Hochwertiger Teil :Ein großer Vorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass es normalerweise nichts kostet, zusätzliche Details hinzuzufügen. Die Aufforderung an eine Maschinenwerkstatt, eine komplexe Anordnung von Rippen herzustellen, führt unweigerlich zu höheren Kosten, aber beim 3D-Druck reduzieren diese Rippen tatsächlich die verwendete Materialmenge und damit die Kosten. Merkmale wie interne scharfe Markierungen und extrudierte Logos/Texte können auch ohne die zusätzlichen Kosten hinzugefügt werden, die bei einem bearbeiteten Teil anfallen würden.

Abbildung 1:Das Hinzufügen von Rippen im oberen Bild wäre für bearbeitete Teile sehr teuer, ist aber tatsächlich billiger zum Ausdrucken.

2. Visuelles Modell: Um eine Idee an Investoren oder zukünftige Kunden zu verkaufen, ist es von Vorteil, Teile zu haben, die genauso aussehen wie das Endprodukt, auch wenn es nicht funktioniert. Um dies zu erreichen, kann der 3D-Druck hervorragend sein, da das Teil genau wie geplant hergestellt werden kann, ohne die für ein bearbeitetes Teil erforderlichen Kompromisse einzugehen. 3D-Drucke können auch leicht in einer Vielzahl von Farben und Texturen mit Maltechniken fertiggestellt werden, um sie an ein fertiges bearbeitetes Teil anzupassen.

Abbildung 2:Oberflächenfinish-Optionen für ein 3D-gedrucktes Teil, dies ist eine gemalte Textur, die einer ähnlich ist das würde in der Form angewendet werden

3. Raten und prüfen: Es ist nicht ungewöhnlich, ein Teil herzustellen, das zu einem anderen bereits vorhandenen Teil passt, oft ohne Referenz auf CAD-Daten. In diesen Fällen kann der 3D-Druck ein großartiges Werkzeug sein, um zu überprüfen, ob die Passung zwischen dem entworfenen Teil und dem vorhandenen Teil wie beabsichtigt übereinstimmt, und es kann sehr schnell eine Iteration erfolgen, um geometrische Optimierungen zu überprüfen.

4. Ergonomische Bewertung: 3D-Druck eignet sich hervorragend für die ergonomische Bewertung, da es schnell und relativ kostengünstig ist, mehrere Konfigurationen und kleinere Iterationen einer Idee zu testen, bis das richtige Gefühl erreicht ist. Bei Gegenständen wie dem konturierten Griff eines Küchenutensils kann die Bearbeitung umfangreich und kostspielig sein, da gekrümmte Oberflächen eine große Anzahl von Endbearbeitungsdurchgängen erfordern. Umgekehrt dauert das Drucken einer gekrümmten Oberfläche genauso lange wie einer geraden.

Abbildung 3:Mehrere Variationen von Teilen können zur ergonomischen Bewertung ohne erhebliche Kosten gedruckt werden.

5. Montagemodell: In komplexen Systemen ist es eine Sache, in einem Computer zu entwerfen; es ist etwas ganz anderes, in der realen Welt zusammenbauen zu können. 3D-Druck kann sehr effektiv sein, um die Volumina verschiedener Komponenten zu simulieren, um sicherzustellen, dass die Befestigungselemente beim Zusammenbau einer dichten Baugruppe zugänglich sind.

Maschine bei Bedarf:

1.Enge Toleranz :Der wichtigste Grund, sich für die maschinelle Bearbeitung gegenüber dem 3D-Druck zu entscheiden, besteht darin, dass die Teile genau zum Design passen. Selbst bei High-End-Druckern können Sie nicht viel mehr als 0,05 mm (0,002 Zoll) Genauigkeit erwarten, und das reicht oft nicht aus, um die Passgenauigkeit für präzise Baugruppen zu überprüfen. Die meisten kompetenten Werkstätten sollten in der Lage sein, Prototypen mit einer Toleranz von +-0,025 mm (0,001 Zoll) und bei Bedarf sogar noch enger zu produzieren.

2. Materialeigenschaften:

Stärke: 3D-Druckmaterialien haben sich von den spröden Gipsbinder Jet-Druckern weit entfernt, aber es ist immer noch schwierig, Material zu finden, das zu einem verarbeiteten Material passt und Teile aus einem Block des nativen Materials bearbeitet.

Abbildung 4:Brüchiger Ausfall eines 3D-Drucks (garyhodgson.com)

Elastizitätsmodul: Einer der besten Fälle für das Prototyping ist die Bewertung des „Gefühls“ eines Produkts, Dinge wie Knöpfe und Verschlüsse können besonders persönlich sein. Man kann die Öffnungskräfte für einen Riegel relativ einfach berechnen, aber ohne Teile in der Hand ist es schwierig, diese Kraft direkt mit einem „Gefühl“ zu korrelieren. Sie können das Teil jedoch nicht einfach drucken, da Druckknöpfe und Knöpfe auf dem Biegemodul des Materials beruhen, um die Federkraft bereitzustellen, sodass sie aus Materialien mit demselben Modul wie das Produktionsmaterial hergestellt werden müssen.

Isotrope Eigenschaften: Die meisten 3D-gedruckten Teile haben ziemlich ausgeprägte Seitenlinien, die sich aus der Schicht für Schicht des Prozesses ergeben. Obwohl diese oft weitgehend kosmetisch sind, gibt es je nach Ausrichtung dieser Linien Unterschiede in den Materialeigenschaften. Wenn Sie also in allen Richtungen gleiche Festigkeit benötigen, ist es am besten, ein bearbeitetes Teil zu verwenden, da das Grundmaterial homogen ist.Abbildung 5 seitliche Streifen in Druckrichtung sind natürliche Ausgangspunkte für Druckfehler

Abbildung 5:Seitliche Streifen in Druckrichtung sind natürliche Ausgangspunkte für Druckfehler.

Prozessbewertung: Wenn Ihr Prototyp auf die Eigenschaften eines thermoplastischen Materials angewiesen ist, wie es typischerweise beim Spritzgießen verwendet wird, dann werden Sie einige 3D-Drucktechnologien im Stich lassen. SLA und andere Drucktechnologien auf Harzbasis führen zu einem duroplastischen Material (dh sie schmelzen nicht). Wenn Sie also versuchen, eine genaue Auszugsfestigkeit für einen thermischen Gewindeeinsatz sicherzustellen, ist es am besten, einen Prototyp aus dem vorgesehenen Material zu bearbeiten .

Abbildung 6:Einbau des Thermoeinsatzes in thermoplastisches Material.

3. Großes Volumen: 3D-Druckmaterial ist nicht nur teuer, sondern die Maschinen, die große Teile drucken können, sind noch teurer, was normalerweise höhere Stückkosten bedeutet, da die Anbieter ihre Investition amortisieren müssen. Wenn Sie also große, einfache Teile herstellen müssen, ist es oft billiger, sie zu bearbeiten, insbesondere wenn Sie ein kostengünstiges Prototyping-Material wie 40 Pfund bearbeitbaren Schaumstoff verwenden können.

Es gibt offensichtlich Ausnahmen in all diesen Fällen, aber in der aktuellen Landschaft der 3D-Drucktechnologie, die auf das Prototyping angewendet wird, sollte die Berücksichtigung dieser Stärken und Einschränkungen zu einem Prototyp führen, der alle erforderlichen Validierungen bietet, um die Produktionsinvestitionen voranzutreiben. Es sollte beachtet werden, dass kein Prozess die perfekte Antwort ist. Das Mischen beider Prozesse kann beispielsweise zur Kostenoptimierung beitragen; Verwenden eines 3D-gedruckten Modells für Ergonomie und Show, jedoch mit einem bearbeiteten Teil, um das Druckgefühl zu bewerten. Informieren Sie Ihren Prototyping-Anbieter unbedingt über den Anwendungsfall für das endgültige Teil; Die meisten Unternehmen verfügen über einen der beiden Prozesse und können Sie basierend auf Ihren Anforderungen in die richtige Richtung lenken.


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