site logo 3D–решения
для промышленности и бизнеса
Блог 3D–экспертов
+7 (495) 26-96-222 info@iqb.ru

Мы в социальных сетях:

Аддитивное производство формовочной оснастки из полимерных и композитных материалов

detail_img

Обзор профессиональных FDM-принтеров и материалов | Профессиональная 3D-печать формовочной оснастки: примеры внедрения | Промышленные 3D-решения | Проекты промышленной 3D-печати формовочной оснастки | Гладкость поверхности – необходимость, а не прихоть

Как известно, Индустрия 4.0 – это автоматизированный процесс производства, полностью завязанный на алгоритмах и цикличности, и суть 3D-технологий заключается в постепенном переходе к этой модели. Основная особенность процесса – минимизация человеческого фактора и погрешности издержек на производственной линии путем внедрения роботизированных систем и 3D-оборудования. В итоге мы получаем замкнутый цикл производства.

В контексте Индустрии 4.0 часто говорят о технологиях 3D-печати металлами (SLM/DMLS, наплавка), но сегодня мы коснемся не менее важной темы – аддитивного производства с применением полимерных материалов и композитов.

3D-печать пластиками предполагает послойное наплавление материала с использованием:

  1. нити, или филамента (FDM);

  2. расплавленного гранулята (FGF).

Если первый метод – доступный, максимально бюджетный, используемый в любительских и профессиональных целях, то второй предназначен исключительно для решения промышленных задач.

Рассмотрим оборудование и материалы, которые подходят для печати оснастки и формообразующих, а также примеры внедрения.

Обзор профессиональных FDM-принтеров и материалов

Какие из популярных и общедоступных материалов подходят под формовку? В первую очередь это:

  • PETG – имеет хорошую вязкость, по сравнению с «чистым» PET более долговечен и обладает гораздо меньшей температурой переработки;

  • ABS-CF (ABS с добавлением углеволокна) – самый популярный на рынке композит, который выдерживает очень большие нагрузки;

  • PEEK, ULTEM, ULTEM-CF – наиболее распространенные инженерные пластики для формовки, обладают высокой тугоплавкостью. Для печати пластиком ULTEM требуется хороший подогрев камеры построения и стола.

Профессиональные FDM-принтеры Sharebot
Рис. 1. Профессиональные FDM-принтеры Sharebot

Со всеми этими материалами работают профессиональные 3D-принтеры Sherbot, которые наша компания дистрибутирует в России на эксклюзивной основе. Этот итальянский производитель разрабатывает и выпускает инновационные аддитивные установки на базе нескольких технологий – FDM, LCD, SLS и DMLS, – предназначенные для проектов малого и среднего бизнеса, НИОКР и образования.

Линейка FDM-принтеров Sharebot включает шесть моделей с различными габаритами камер построения, в том числе нестандартными. Среди уникальных технологических решений компании – система автокалибровки платформы построения, система дистанционного управления принтером и контроль подачи нити с помощью специального датчика. Sharebot предлагает широкий ассортимент расходных материалов собственного производства, но можно использовать и сторонние материалы.


Обратитесь в iQB Technologies: мы проведем демонстрацию 3D-оборудования и подберем решения под ваши задачи
cta

Профессиональная 3D-печать формовочной оснастки: примеры внедрения

Силовая оснастка для гибки и формования металлических изделий

Один и популярных кейсов – 3D-печать формовочной оснастки в качестве ножей для формовки. На рис. 2 представлено несколько вариантов ножей разной геометрии, в том числе обрезанные для экономии материала. Детали печатаются из самых бюджетных и доступных на рынке пластиков PETG и PLA, которые могут выдерживать нагрузки до 20 МПа, в зависимости от геометрии.

Силовая оснастка для гибки и формования металлических изделий
Рис. 2. Ножи для формовки, напечатанные по FDM-технологии, отлично справляются с задачей. Заполнение образцов – не более 30%. Многие элементы готовы к механическим нагрузкам сразу после снятия платформы © Youtube – Proto G Engineering

Элементы отпечатаны с заполнением в 15-20%, то есть налицо преимущества: мы экономим материал, и процесс производства оснастки ускоряется. Таким образом выполняется формовка изделий из алюминия и нержавеющей стали с шагом в 0,5 мм, толщина листа – от 1 до 3,5 мм.

Печать формообразующей со сложной геометрией

Составные части матрицы могут быть не только статичными. Благодаря FDM-технологии удалось из простейших материалов типа PLA напечатать подвижные элементы матрицы. Результат – сложный отформованный элемент из алюминия или нержавеющей стали толщиной 2,5 мм.

Печать формообразующей со сложной геометрией
Рис. 3. Элементы матрицы могут быть подвижными. Тугоплавкие полимеры выдерживают до 2000 циклов формовки различного металла без истирания © Youtube – Stuffed Made Here 

Ускоренная 3D-печать опустошенных матрицы и пуансона

Вы можете напечатать пустотелое изделие, что позволяет сэкономить время и издержки. На примере проекта, продемонстрированного на рис. 4, видно, что нержавеющая сталь толщиной до 3,5 мм гнется пустотелыми элементами со стенкой толщиной всего лишь 3 мм. Конечно, такую деталь можно отфрезеровать, но с 3D-принтером задача будет выполнена гораздо быстрее и проще.

Ускоренная 3D-печать опустошенных матрицы и пуансона
Рис. 4. Тестирование произведено на алюминии и нескольких видах стали. Пустотелая форма отлично показала себя и выдержала все испытания © Youtube – GrindhousePE

Промышленные 3D-решения

Перейдем от задач локальных к более глобальным, предполагающим создание крупногабаритной формовочной оснастки – к примеру, для производства элементов самолетов, фюзеляжей.

Для таких масштабных проектов мы предлагаем оборудование промышленного сегмента Discovery 3D Printer (Испания). Это крупноформатные 3D-принтеры на базе технологий FDM/FGF, позволяющие создавать прототипы, оснастку и функциональные изделия размером до 2,5 м.

Среди интересных особенностей Discovery 3D Printer – корректировка неровностей во время печати, открытая система материалов и возможность кастомизации принтера под задачи каждого отдельного клиента. Обратите внимание на модель Super Discovery 3D Printer Workstation – систему 3D-печати и постобработки «два в одном».

Промышленные FDM-машины Discovery 3D Printer
Рис. 5. Линейка промышленных аддитивных установок Discovery 3D Printer

Модельный ряд Discovery 3D Printer:

  • Discovery 3D Printer 2021: стандартная печать полимерной нитью (скорость – 80-120 г в час);

  • Super Discovery 3D Printer: печать по технологии прямой экструзии гранул (до 8 кг в час), самый большой объем печати – 1300 х 2500 х 1000 мм;

  • Super Discovery 3D Printer Hybrid: гибридная система, которая печатает полимерными нитями на одном экструдере и гранулами на другом;

  • Super Discovery 3D Printer Compact: компактное FDM-решение с камерой построения 1100 × 800 × 500 мм;

  • Super Discovery 3D Printer Workstation: состоит из FGF-принтера и фрезера для создания готовых изделий в рамках одной закрытой системы.

Проекты промышленной 3D-печати формовочной оснастки

Крупногабаритные матрицы для укладки углеродного волокна

Компания Boeing повсеместно использует 3D-печать для оптимизации труда и сокращения издержек. Последние анонсированные в 2020 году решения позволили сократить расходы на отдельные виды производства на 26%.

Крупногабаритные матрицы для укладки углеродного волокна
Рис. 6. Совместный проект Boeing и Thermwood: создание матрицы по FDM-технологии © thermwood.com

Промышленные 3D-принтеры обеспечивают не только высокую производительность, но и высокую точность, что позволяет производить крупные матрицы для укладки различных материалов, в том числе углеродного волокна. Матрица, показанная на рис. 6, произведена при помощи крупногабаритного портального роботизированного оборудования.

ULTEM в производстве штамповой оснастки

Материал ULTEM 9085 широко используется для быстрого изготовления гидроформовочной оснастки в производстве листовых и трубчатых деталей в качестве эффективной замены дорогостоящим металлическим штампам, что особенно актуально для мелкосерийного производства. Благодаря возможности приложения к пуансону из этого материала давления до 70 МПа его успешно применяют для формовки деталей из алюминиевых сплавов, стали и титана.

ULTEM в производстве штамповой оснастки
Рис. 7. Создание обтяжечной оснастки в корпорации «Иркут» с помощью пластика ULTEM 9085 © ddmlab.ru

Для корпорации «Иркут» был изготовлен штамп, который выдержал 700 циклов изготовления металлического изделия. Схожие результаты были получены в ПАО «Роствертол» при изготовлении пуансона для гидроформовки листовых заготовок.

Детали, напечатанные на 3D-принтере, успешно отлиты из металла после топологической оптимизации

Детали круизного лайнера
Рис. 8. Выжигаемая полимерная нить на основе ПММА успешно показала себя в работе с деталями круизного лайнера. Облегченные оптимизацией крепежи впоследствии были отлиты из алюминия © maritime-executive.com

Мы можем напечатать изделие, типологически оптимизированное в программах контроля нагрузок и симуляций. Первоначально элемент печатается из полиметилметакрилата, затем выжигается с определенной зольностью, и в конечном счете мы получаем изделие из металла. Возможна крупноформатная 3D-печать выжигаемым ПММА либо воском.

Гладкость поверхности – необходимость, а не прихоть

Изделие, изготовленное на Super Discovery 3D Printer Workstation
Рис. 9. Изделие напечатано и отфрезеровано в одной системе – Super Discovery 3D Printer Workstation

Технологи нередко сталкиваются с проблемой: конечное изделие имеет недопустимую шероховатость поверхности. Объекты, изготовленные по FDM-технологии, как известно, чаще всего требуют постобработки для достижения необходимой гладкости.

Вернемся к аддитивной установке Super Discovery 3D Printer Workstation, которая успешно решает эту проблему: особая конструкция позволяет осуществить весь производственный процесс, включая постобработку, поскольку на рабочей платформе присутствует как экструдер, так и фрезеровочный двигатель.

При этом гладкую поверхность можно получить и на определенном элементе выращенного объекта. На рис. 9 представлен кейс, наглядно показывающий, как можно создать изделие сложной геометрии с доработанной фрезой поверхностью. Процесс создания этого изделия показан на видео:

Итак, современные профессиональные и промышленные аддитивные установки оптимизированы для работы с различными полимерами и композитами. Используя оборудование таких авторитетных европейских производителей, как Sharebot и Discovery 3D Printer, вы сможете сократить финансовые и временные издержки при создании изделий сложной геометрии, а также получить долговечные формы и оснастку.


cta


Фото в заставке © thermwood.com

Статья опубликована 05.08.2021 , обновлена 05.08.2021

Об авторе

Виктор Наумов Технический эксперт, ведущий инженер-конструктор по направлению «Аддитивные технологии». Окончил Высшую школу экономики (факультет прикладной математики, направление «Фундаментальная информатика, информационные технологии и кибернетика»). За 5 лет работы на рынке 3D успел протестировать львиную долю профессионального, промышленного и персонального оборудования, продаваемого на территории РФ. У Виктора свой подход, основанный на тестах и опыте, но при этом он остается гибким, так как прекрасно понимает, что тенденции производства могут меняться. Любит смену обстановки, поездки в разные города и страны. Активно занимается спортом, имеет разряд по плаванию, очень любит баскетбол и стритбол, а также единоборства.
Оставьте комментарий
Наверх