قالب های چاپ سه بعدی مهر زنی: کاهش هزینه های ابزار بدون برش گوشه ها

قالب های چاپ سه بعدی مهر زنی توضیح داده شده است

تصور کنید که به یک ابزار شکل‌دهی سفارشی برای یک قطعه ورق فلزی نیاز دارید، اما قیمت یک قالب فولادی ماشین‌کاری‌شده CNC با هزاران دلار و هفته‌ها بازمی‌گردد. برای نمونه اولیه 20 قسمتی، این ریاضی به ندرت جواب می دهد. این دقیقاً همان جایی است که قالب های مهر زنی پرینت سه بعدی جای می گیرند.

قالب‌های مهر زنی چاپ شده سه‌بعدی عبارتند از-قطعات ابزار ساخته شده افزودنی - پانچ‌ها، بلوک‌های قالب یا ابزارهای شکل‌دهنده - که برای شکل‌دهی ورق فلز از طریق نیروی فشار استفاده می‌شوند و از طریق لایه-با-ساخت لایه‌ها به جای ماشینکاری سنتی CNC فولاد ابزار تولید می‌شوند.

این ابزارها جایگزین قالب های فولادی سخت شده در خط تولید 500000-قطعه نمی شوند. اما برای نمونه‌سازی، اعتبارسنجی طراحی و دوره‌های کوتاه، موانع هزینه و زمان پیش‌بینی را که عملیات‌های شکل‌گیری را پشت حداقل سرمایه‌گذاری‌های بالا قفل می‌کنند، حذف می‌کنند. تحقیق در موردابزارسازی مبتنی بر FDM-برای شکل دهی ورق فلزتأیید می‌کند که ابزارهای شکل‌دهی تولید شده با مواد افزودنی، مزیت‌های هزینه‌ای قابل‌توجهی را برای تولید تک‌تکه‌ای و کوچک-در مقایسه با روش‌های معمولی فلزکاری ارائه می‌دهند.

قالب های مهر زنی با چاپ سه بعدی چیست؟

در هسته خود، اینها اجزای قالب کاربردی هستند که از پلاستیک های مهندسی، رزین ها یا فلزات متخلخل چاپ شده اند. آنها در یک پرس هیدرولیک یا پرس چوبی درست مانند ابزارهای معمولی سوار می شوند. تفاوت در روش ساخت است: به جای حذف مواد از شمش فولادی، هندسه قالب را لایه به لایه از یک فایل CAD می سازید. این باعث می شودقالب های چاپ سه بعدی برای نمونه سازی سریعتکرار شدن و جایگزینی ارزان در هنگام تغییر طرح.

چه کسی از ابزار چاپی سود می برد

پایگاه کاربر طیف گسترده ای را در بر می گیرد:

• طراحان محصول قبل از تعهد به ابزار تولید، هندسه های ورق فلزی شکل گرفته را تأیید می کنند
• تیم های نمونه سازی که به قطعات فلزی کاربردی نیاز دارند بر اساس جدول زمانی اندازه گیری شده در روز، نه ماه
• تولیدکنندگان-تولید کم 10 تا 500 قطعه که هزینه‌های ابزار سنتی هرگز مستهلک نمی‌شود
• علاقه‌مندان و مغازه‌های کوچکی که پرس‌های هیدرولیک یا درختکاری را برای براکت‌ها، محفظه‌ها و قطعات سفارشی کار می‌کنند.

این راهنما قالب های مهر زنی چاپ شده سه بعدی برای ورق فلز را در تمامی فناوری های چاپ و کلاس مواد اصلی پوشش می دهد. این فناوری-معروف است- هیچ مارک چاپگر یا تامین کننده مواد مورد پسند قرار نمی گیرد. شما پوشش صادقانه ای از قابلیت ها و محدودیت ها، از جمله جایگزین های قالب بندی کم حجم که منطقی هستند و سناریوهایی که در آنها کوتاهی می کنند، خواهید یافت.

سوال واقعی این نیست که آیا قالب های چاپی کار می کنند یا خیر. این است که فناوری، مواد و رویکرد طراحی با الزامات فرم‌دهی خاص شما مطابقت دارد - و با درک خود فرآیند چاپ شروع می‌شود.

انتخاب فناوری چاپ سه بعدی مناسب برای قالب ها

هر فرآیند چاپ، قالبی را در سطح مولکولی متفاوت می‌سازد، و این به طور مستقیم نحوه عملکرد ابزار تحت فشار فشار را شکل می‌دهد. قالبی که با فیلامنت ذوب شده چاپ شده است، مانند قالبی که از رزین مایع پخته شده یا از پودر فلز پخته شده است، رفتار نمی کند. بهترین فناوری چاپ سه بعدی برای مهر زنی قالب ها کاملاً به آنچه در حال شکل گیری، تعداد قطعات مورد نیاز و میزان نیروی مورد نیاز عملیات است بستگی دارد.

در اینجا یک مقایسه عملی فناوری چاپ سه بعدی برای ابزارسازی در چهار خانواده فرآیند اصلی آورده شده است.

FDM برای شکل‌گیری کم{0}نیروی می‌میرد

مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) در دسترس ترین نقطه ورود است. یک دستگاه رومیزی رشته های ترموپلاستیک را لایه به لایه بیرون می کشد و هندسه قالب را در چند ساعت برای چند دلار مواد می سازد. مبادله؟ خطوط لایه یک پله{2}}بافت قابل مشاهده روی سطوح تشکیل دهنده ایجاد می کنند و پیوند بین لایه ها همیشه ضعیف تر از خود ماده است. این ناهمسانگردی اهمیت دارد زیرا نیروهای تشکیل دهنده اغلب قالب را عمود بر سطوح لایه بارگذاری می کنند.

قالب‌های FDM برای خم‌های ساده و{0}}شکل‌گیری با نیروی کم در آلومینیوم یا برنج نازک به خوبی کار می‌کنند. متوجه خواهید شد که آنها بهترین عملکرد را زمانی دارند که بارهای فشاری در یک منطقه بزرگ به جای تمرکز بر لبه های تیز توزیع شوند. هنگام مقایسه FDM در مقابل SLA برای شکل دهی، مزیت اصلی FDM هزینه و سرعت تکرار است. نقطه ضعف اصلی سطح و تحمل ابعادی است که معمولاً بسته به چاپگر و ماده حدود +/- 0.3 تا 0.5 میلی‌متر فرود می‌آید.

SLA و SLS برای کاربردهای قالب دقیق

استریولیتوگرافی (SLA) رزین مایع را با نور درمان می‌کند و قالب‌هایی با سطوح صاف و تحمل‌های بسیار سخت‌تر از FDM تولید می‌کند.تحقیقات Formlabs در مورد SLA{0}}ابزارهای شکل‌دهی چاپینشان داد که قالب‌های رزینی سفت و سخت می‌توانند در صورت طراحی مناسب، نیروهای پرس قابل‌توجهی را تحمل کنند، با پرداخت سطح صاف، مرحله پرداخت را که قالب‌های فلزی گاهی اوقات به آن نیاز دارند، حذف می‌کند. قطعات SLA نیز ایزوتروپیک هستند، به این معنی که استحکام به طور چشمگیری با جهت گیری ساخت تغییر نمی کند. این باعث می‌شود وقتی نیروها از جهات مختلف وارد می‌شوند، نسبت به FDM انتخاب بهتری باشند.

تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) پودر پلیمر را در یک بستر گرم ذوب می کند. از آنجایی که پودر ذوب نشده از قطعه در حین چاپ پشتیبانی می کند، قالب های SLS می توانند هندسه های پیچیده ای را بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری ترکیب کنند. دقت ابعاد قالب چاپی SLS معمولاً در حدود +/- 0.1 تا 0.3 میلی‌متر است و قطعات نایلونی به‌دست‌آمده چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه را ارائه می‌کنند. سطح دارای بافت کمی دانه ای از پودر است، اما نسبت به خطوط لایه FDM یکنواخت تر است و علائم کمتر قابل مشاهده را به قسمت های تشکیل شده منتقل می کند.

تف جوشی فلزات برای {0}بار مورد نیاز بالا

هنگامی که نیروهای تشکیل دهنده بیش از آنچه هر پلیمری می تواند تحمل کند، قالب های متخلخل فلزی برای مهر زنی ورق فلز به مسیر رو به جلو تبدیل می شود. ذوب لیزری انتخابی (SLM) و زینترینگ مستقیم فلزات (DMLS) قالب های فلزی کاملاً متراکم را از آلومینیوم، فولاد ضد زنگ یا پودر فولاد ابزار تولید می کند. این قالب‌ها می‌توانند همان نیروهایی را تحمل کنند که ابزارهای ماشین‌کاری شده، با مزایای اضافی کانال‌های خنک‌کننده داخلی یا ساختارهای شبکه‌ای کاهش‌دهنده وزن-که ماشین‌کاری معمولی نمی‌تواند تولید کند.

قالب‌های چاپی فلزی-به‌طور قابل‌توجهی هزینه بیشتری دارند و به پردازش‌های پست{1} مانند کاهش استرس، پودرزدایی و اغلب ماشین‌کاری سطوح بحرانی نیاز دارند. آن‌ها برای هندسه‌هایی که به‌طور معمول ماشین‌کاری گران هستند، یا در جایی که ویژگی‌های منسجم بار فرآیند را توجیه می‌کنند، منطقی هستند.

الگوی ساده است: با افزایش نیاز نیرو و تعداد قطعات، شما از FDM از طریق SLA و SLS به سمت فلز حرکت می کنید. اما تصمیم صرفاً در مورد ظرفیت بار نیست. قالبی که نیاز به تولید قطعاتی با کنترل ابعادی محکم و سطوح تمیز دارد ممکن است SLA را حتی در نیروهای کمتر توجیه کند، در حالی که یک خم نمونه اولیه ممکن است بدون توجه به بودجه موجود روی FDM باقی بماند.

انتخاب فناوری مستقیماً به تصمیم مهم بعدی تغذیه می‌شود: کدام ماده خاص در هر خانواده فرآیند، خواص مکانیکی را به قالب شما می‌دهد که برای زنده ماندن در چرخه‌های شکل‌گیری مکرر لازم است.

راهنمای انتخاب مواد برای قالب های چاپی

ماده‌ای که با آن چاپ می‌کنید تعیین می‌کند که قالب شما چقدر می‌تواند تحمل کند، چند چرخه باقی می‌ماند، و اینکه آیا قسمت تشکیل‌شده تمیز یا علامت‌دار بیرون می‌آید. اگر یکی در PLA و دیگری در نایلون تقویت‌شده با الیاف{1} شیشه چاپ شود، دو قالب با هندسه یکسان کاملاً متفاوت عمل می‌کنند. انتخاب بهترین مواد فیلامنت برای قالب های مهر زنی به معنای تطبیق خواص مکانیکی با بار شکل دهی خاص و نوع ورق فلز شماست.

مواد ترموپلاستیک برای شکل دادن قالب ها

رشته‌های FDM از گزینه‌های مقرون‌به‌صرفه مناسب برای نمونه‌سازی تک‌استفاده‌ای- تا پلیمرهای درجه مهندسی- که قادر به صدها چرخه تشکیل هستند، متغیر است. در اینجا نحوه انباشته شدن انتخاب های رایج آمده است:

• PLA- استحکام بالا با استحکام کششی در حدود 50 مگاپاسکال، اما در اثر ضربه شکننده است و در دمای بالای 60 درجه سانتیگراد نرم می‌شود. برای اثبات خمش{{4} در آلومینیوم نازک خوب است، اما در صورت استفاده مکرر انتظار ترک خوردگی دارید.
• ABS- مقاومت در برابر ضربه بهتر از PLA و تحمل دما تا حدود 100 درجه سانتیگراد. استحکام فشاری در حدود 70 تا 80 مگاپاسکال است و آن را برای بارهای شکل‌دهی متوسط ​​روی فلزات نرم قابل استفاده است.
• PETG- چقرمگی را با سهولت چاپ متعادل می کند. استحکام کششی نزدیک به 50-60 مگاپاسکال با چسبندگی لایه بهتر نسبت به ABS، که در هنگام ایجاد نیرو در برابر صفحات لایه مهم است.
• نایلون (PA6/PA12)- اینجاست که کار جدی شروع می‌شود. نایلون چقرمگی، مقاومت در برابر خستگی و استحکام فشاری عالی را در محدوده 80-100 مگاپاسکال ارائه می‌کند. ضربه هایی را که باعث ترک خوردن مواد سفت و سخت می شود را جذب می کند و برای عملیات شکل دهی مکرر مناسب است.
• پلی کربنات (PC)- بالاترین-مواد FDM معمولی با عملکرد برای کاربردهای قالب، با استحکام کششی بیش از 5200 PSI (تقریباً 36 مگاپاسکال نهایی) و مقاومت در برابر حرارت تا 140 درجه سانتیگراد. ترکیبی از سختی، مقاومت در برابر ضربه و پایداری حرارتی، آن را به بهترین گزینه برای عملیات فرم‌دهی سخت تبدیل می‌کند.

هنگام ارزیابی نایلون در مقابل پلی کربنات برای قالب‌ها، تصمیم اغلب به این نتیجه می‌رسد: نایلون شوک را بهتر جذب می‌کند و در بسیاری از چرخه‌ها در برابر خستگی مقاومت می‌کند، در حالی که پلی کربنات برای کاربردهای-نیروی- بالاتر، مقاومت حرارتی و استحکام بالاتری را ارائه می‌کند. نایلون برنده برای عملیات خمش مکرر. پلی کربنات زمانی برنده می شود که قالب باید در برابر تغییر شکل تحت بارهای زیاد پایدار مقاومت کند.

جهت گیری لایه یک عامل مهم است که به راحتی می توان از آن چشم پوشی کرد. قطعات FDM ذاتاً ناهمسانگرد هستند - محور Z- (عمود بر لایه‌ها) معمولاً 40-70٪ ضعیف‌تر از محور XY- است. برای قالب های مهر زنی، این بدان معناست که باید چاپ را طوری جهت دهید که نیروهای تشکیل دهنده، لایه ها را به هم فشرده کنند تا اینکه آنها را جدا کنند. یک قالب با فشرده سازی خالص در امتداد محور Z عملکرد خوبی دارد زیرا لایه ها در حال فشرده شدن هستند. همان قالبی که در کشش یا برش در سراسر لایه ها بارگذاری می شود در کسری از استحکام نامی خود از بین می رود.

مواد قالب بر پایه رزین-

رزین های فوتوپلیمر مجموعه متفاوتی از معاوضه ها را ارائه می دهند. رزین های استاندارد شکننده هستند و برای کاربردهای شکل دهی مناسب نیستند، اما خانواده رزین های مهندسی شده و صلب معادله را تغییر می دهند. استحکام فشاری قالب چاپ شده با رزین می‌تواند به سطوح قابل توجهی برسد: رزین‌های تقویت‌شده کامپوزیت به استحکام فشاری در حدود 158 مگاپاسکال می‌رسند، با رزین‌های مهندسی سخت که استحکام خمشی بالاتر از 130 مگاپاسکال را ارائه می‌دهند. این اعداد آنها را از نظر سختی بالاتر از اکثر ترموپلاستیک های FDM قرار می دهد.

دسته بندی های اصلی رزین برای کار قالب:

• رزین های استاندارد- استحکام کششی 20-50 مگاپاسکال. برای عملیات شکل دهی بسیار شکننده است. اجتناب کنید.
• مانند رزین‌های سخت/ABS{0}}- مقاومت در برابر ضربه 41-48 J/m با استحکام کششی در حدود 40-70 MPa. قابل استفاده برای تشکیل نور در جایی که مقداری انعطاف پذیری از ترک خوردن فاجعه آمیز جلوگیری می کند.
• رزین های سخت/مهندسی- استحکام کششی 55-90 مگاپاسکال و عملکرد خمشی بالای 130 مگاپاسکال. اینها در برابر تغییر شکل تحت بار مقاومت می کنند و دقت ابعادی را از طریق چرخه های شکل دهی حفظ می کنند.

مزیتی که رزین نسبت به FDM برای کاربردهای قالب دارد این است که قطعات ایزوتروپی - که توسط SLA یا DLP پخته شده‌اند، خواص ثابتی را در تمام محورها نشان می‌دهند و مشکل پیوند ضعیف-لایه- را از بین می‌برند. عیب آن شکنندگی است. حتی رزین های سخت می توانند به طور ناگهانی تحت بارهای ضربه ای از بین بروند، بدون اینکه تغییر شکل قابل مشاهده ای از قبل به عنوان یک هشدار وجود داشته باشد.

تطبیق مواد با بار شکل دهی

جدول زیر خواص مواد را در برابر قابلیت شکل دهی عملی ترسیم می کند:

فیلامنت فیبر کربن برای کاربردهای ابزارسازی شایسته نگاهی دقیق تر است.تقویت فیبر کربن به طور قابل توجهی سفتی و ثبات ابعادی را افزایش می دهددر حالی که انبساط حرارتی را کاهش می دهد - خاصیتی که هندسه قالب را در چرخه های مکرر شکل دهی ثابت نگه می دارد. الیاف خرد شده به عنوان تقویت کننده داخلی عمل می کنند، استحکام فشاری را افزایش می دهند و در برابر خزشی که پلیمرهای پر نشده تحت بارهای پایدار تجربه می کنند، مقاومت می کنند.

پس چه زمانی حق بیمه هزینه منطقی است؟ رشته‌های پرشده کامپوزیتی زمانی که به بیش از 50 چرخه شکل‌دهی نیاز دارید، زمانی که ثبات ابعادی در سراسر دما اهمیت دارد، یا زمانی که هندسه شکل‌دهی دارای ویژگی‌های نازکی است که در نایلون پر نشده خم می‌شود، قیمت خود را توجیه می‌کند. برای یک -خم نمونه اولیه، نایلون استاندارد فراوان است. برای قالبی که نیاز به تولید قطعات ثابت در طول هفته‌ها استفاده متناوب دارد، نایلون تقویت‌شده با الیاف کربن--به ازای هر دلار هزینه شده، نتایج قابل اندازه‌گیری بهتری ارائه می‌دهد.

خواص مواد سقفی را برای آنچه قالب شما می تواند تحمل کند تعیین می کند. اما هندسه خود قالب - ضخامت دیوار، چگالی پر کردن، و تلورانس‌های فاصله - تعیین می‌کند که آیا واقعاً به آن سقف می‌رسید یا از آن کوتاه می‌آیید.

دستورالعمل های طراحی برای هندسه قالب پرینت سه بعدی

یک ماده قوی که با هندسه ضعیف چاپ می شود، هنوز قالب ضعیفی تولید می کند. ضخامت دیوار، استراتژی پر کردن، و تلورانس های ترخیص، ستون فقرات ساختاری هر ابزار شکل دهی چاپی است، و اشتباه گرفتن آنها سریع ترین راه برای منگنه های ترک خورده و قطعات ناسازگار است. قوانین طراحی قالب های تولیدی افزودنی به طور معنی داری با ابزارهای ماشینکاری معمولی متفاوت است زیرا به جای فولاد همگن با مواد لایه ای و ناهمسانگرد کار می کنید.

ضخامت دیوار و قوانین زاویه پیش نویس

ضخامت دیوار برای قالب های پرینت سه بعدی باید هم قابلیت چاپ و هم مقاومت بار تحت نیروی فشار را در نظر بگیرد. بر خلاف نمونه‌های اولیه بصری که در آن پوسته‌های نازک باعث صرفه‌جویی در مواد می‌شوند، ابزارهای قالبی نیازمند محیط‌های ضخیم و محکمی هستند که تنش تشکیل‌دهنده را بدون خم شدن یا ترک خوردن توزیع می‌کنند.

برای FDM می میرد،دستورالعمل های آزمایش شده مهندسی-حداقل 2 تا 3 برابر قطر نازل را برای تولید محیطی مطمئن - توصیه کنید، اما ابزار کاربردی باید فراتر از این حداقل باشد. کاربردهای صنعتی مانند قالب ها و جیگ ها معمولاً به ضخامت دیواره در محدوده 5 تا 10 میلی متر برای دستیابی به سفتی کافی تحت بارگذاری مکرر نیاز دارند.

در اینجا قوانین دیوار اصلی و هندسه وجود دارد:

• حداقل ضخامت دیوار:4 میلی متر برای قالب های سبک-(خم های نازک آلومینیومی)؛ 6-10 میلی متر برای قالب هایی که با نیروهای شکل دهی متوسط ​​در فولاد یا استوک ضخیم تر برخورد می کند
• زوایای پیش نویس:برای کمک به بیرون راندن قطعه و کاهش اصطکاک در حین شکل‌دهی، 1 تا 3 درجه کشش را روی سطوح قالب عمودی اعمال کنید. قالب های چاپی نسبت به فولاد ماشینکاری شده از کشش کمی بیشتر بهره می برند زیرا بافت سطح باعث افزایش کشش روی قطعه کار می شود.
• از انتقال ناگهانی ضخیم-به-نازک اجتناب کنید:تغییرات ناگهانی در ضخامت دیواره باعث ایجاد غلظت تنش و سرد شدن ناهموار در حین چاپ می شود که منجر به تاب برداشتن یا حفره های داخلی می شود که قالب را تحت بار ضعیف می کند. در تغییرات ضخامت از تیپر یا فیله تدریجی استفاده کنید.
• فیله ها را در گوشه های داخلی اضافه کنید:گوشه های تیز داخلی تنش را متمرکز می کنند و نقطه شروع ترک معمولی هستند. حداقل شعاع فیله داخلی 2 میلی متری به طور قابل توجهی عمر قالب را افزایش می دهد.
• سطوح تشکیل دهنده را به دور از خطوط لایه منحرف کنید:قالب را طوری قرار دهید که وجه شکل دهنده بحرانی به جای اینکه به صورت عمودی ساخته شود، صاف (صفحه XY) چاپ شود. لایه های بارگذاری شده در فشار عمود بر صفحات خود عملکرد خوبی دارند. لایه های بارگذاری شده در کشش یا برش در خطوط پیوند در 40 تا 70 درصد مقاومت نامی ماده شکست می خورند.

استراتژی تکمیل برای یکپارچگی ساختاری

الگوی پرکننده قالب چاپ شده سه بعدی برای استحکام بیشتر از درصد پر کردن خام اهمیت دارد. یک قالب در پر شدن 50٪ ژیروید می تواند از پر شدن 80٪ شبکه بهتر باشد زیرا هندسه داخلی نیرو را به طور یکنواخت در سراسر مقطع- توزیع می کند.

برای مهر زنی، این دستورالعمل های پرکننده را در نظر بگیرید:

• حداقل تراکم پرکننده 60-70٪برای قالب هایی که بارهای شکل دهی مکرر را حمل می کنند. در زیر این آستانه، حفره‌های داخلی اجازه فشرده‌سازی موضعی و در نهایت فروپاشی تحت تنش چرخه‌ای را می‌دهند.
• الگوهای پرکننده ژیروید یا مکعبیپشتیبانی داخلی نزدیک به-ایزوتروپیک ارائه دهید. الگوهای شبکه ای و مستطیلی، صفحات ضعیف هم تراز را ایجاد می کنند که می توانند تحت بارهای خارج{2}} محور برش دهند.
• 100٪ پرکننده جامددر بالای 5-8 میلی‌متر مستقیماً زیر سطح شکل‌دهی. این یک کلاه جامد ایجاد می کند که نیروی فشار را به طور یکنواخت به ساختار پرکننده زیر منتقل می کند و از انحراف سطح یا سوراخ شدن سطح جلوگیری می کند.
• تعداد پوسته/محیط را به 5-8 دیوار افزایش دهیدبرای مرز بیرونی محیط‌ها بار بیشتری را نسبت به پر کردن حمل می‌کنند - محیط‌های ممتد متعدد تنش‌های چرخه‌ای را به طور مؤثرتری نسبت به یک دیوار ضخیم توزیع می‌کنند و عملکرد خستگی را در چرخه‌های پرس مکرر بهبود می‌بخشند.
• به جای افزایش یکنواخت پرکننده از دنده ها استفاده کنید:دنده های داخلی عمود بر نیروی تشکیل دهنده اولیه سختی را بسیار موثرتر از افزایش درصد پر شدن کلی می افزایند. این باعث صرفه جویی در زمان چاپ می شود و در عین حال مسیرهای بار بحرانی را تقویت می کند.

یک رویکرد عملی: قالب های چاپی با 70% پر شدن ژیروید با 6 محیط و 8 لایه رویی جامد. این کار زمان چاپ را با عملکرد ساختاری متعادل می کند و نقطه شروع مطمئنی برای آزمایش به شما می دهد.

پانچ-به-ترخیص کالا برای ابزارهای چاپی

فاصله استاندارد پانچ و قالب برای مهر زنی فلز از فرمول درصدی-در-بر اساس ضخامت قطعه کار و سختی مواد استفاده می‌کند. برای ابزارهای فولادی معمولی،فاصله توصیه شده معمولاً از 10٪ ضخامت قطعه کار در هر طرف شروع می شود، با مواد سخت تر که نیاز به 15-20٪ دارند.

فاصله پانچ و قالب برای ابزار چاپی به دو دلیل نیاز به تنظیم فراتر از این فرمول های استاندارد دارد:

• واریانس ابعادی:قالب های چاپ شده بسته به فرآیند چاپ، تحمل ذاتی +/- 0.1 تا 0.5 میلی متر دارند. این واریانس باید به محاسبه ترخیص اسمی اضافه شود. یک قالب FDM با تحمل +/- 0.3 میلی‌متر به‌طور مؤثر فاصله را تا ۰.۶ میلی‌متر در هر دو نیمه ابزار تغییر می‌دهد.
• انطباق مواد:قالب های پلیمری تحت نیروی تشکیل دهنده به طور ارتجاعی منحرف می شوند. سطوح قالب در طول ضربه کمی فشرده می شوند و به طور موقت فاصله موثر را کاهش می دهند. برای جبران، فاصله اسمی را 5 تا 10 درصد بیشتر از آنچه برای ابزار فولادی مشخص می‌کنید افزایش دهید. به عنوان مثال، اگر یک جفت قالب فولادی به فاصله 0.15 میلی متری در هر طرف روی فولاد ملایم 1.0 میلی متری نیاز داشته باشد، ممکن است یک جفت قالب چاپی برای دستیابی به نتایج معادل به 0.20-0.25 میلی متر در هر طرف نیاز داشته باشد.

با شروع کمی بیش از اندازه و کاهش با افزایش 0.05 میلی متری در طول تکرار، فاصله را به صورت تجربی آزمایش کنید. با ابزار چاپی، تولید قالب اصلاح شده به جای چند روز، ساعت ها طول می کشد، بنابراین تکرار در ترخیص سریع و ارزان است.

یک نکته دیگر: شکل‌گیری پیچیدگی هندسی باید یک مسیر پیشرونده را دنبال کند. با خمش‌های V{1} ساده که نیرو قابل پیش‌بینی و توزیع یکنواخت است شروع کنید. فقط پس از تأیید اعتبار بقا به U{3}}خم و فرم کانال بروید. رسم‌ها و فرم‌های مرکب بارهای کششی را در سرتاسر سطح قالب و تنش‌های چند جهتی - وارد می‌کنند که اینها به بالاترین تراکم پرکننده، ضخیم‌ترین دیواره‌ها و محافظه‌کارانه‌ترین مقادیر فاصله نیاز دارند. تلاش برای کشیدن عمیق روی اولین چاپ تقریباً همیشه به شکستگی قالب ختم می شود.

این پارامترهای طراحی مشخص می کنند که قالب چه چیزی می تواند از نظر ساختاری زنده بماند. اما نیمه دیگر معادله این است که چه چیزی در حال شکل گیری است - آلیاژ فلز خاص، مزاج و ضخامت با فشار دادن به ابزار، تعیین می کند که هندسه شما ثابت می ماند یا از کار می افتد.

فلزات و محدودیت های ضخامت سازگار

مواد قالب شما سقف نیرو را تعیین می کند. اما ورق فلزی که به آن قالب فشار می‌آورد، چیزی است که در واقع تعیین‌کننده موفقیت یا شکست عملیات است. هر آلیاژی با ابزارهای پلیمری خوب بازی نمی کند، و حتی فلزات تعاونی زمانی که ضخامت از آستانه های خاص فراتر رود مشکل ساز می شوند. درک اینکه چه فلزاتی را می‌توانید با قالب‌های چاپی مهر کنید - و اینکه محدودیت‌های سخت در کجا قرار می‌گیرند - از هدر رفتن چاپ‌ها و ابزارهای ترک خورده جلوگیری می‌کند.

آلیاژها و دماهای مناسب برای قالب های چاپی

فلزات نرم و انعطاف پذیر نیاز به نیروی کمتری برای شکل گیری دارند که به طور مستقیم دامنه قابل استفاده ابزار چاپی را گسترش می دهد. بهترین نامزدها یک ویژگی مشترک دارند: استحکام تسلیم کم همراه با کشیدگی زیاد قبل از شکست.

• آلیاژهای آلومینیوم (1100، 3003، 5052، 6061-O):نقطه شروع ایده آل برای شکل دهی آلومینیوم با قالب های چاپی. به عنوان مثال، آلیاژ 5052-O دارای استحکام تسلیم حدود 90 مگاپاسکال و ازدیاد طول بالای 25 درصد است که باعث می شود با قالب های پلیمری در گیج های نازک بسیار همکاری کند.
• برنج (C260, C270):برنج کارتریج در شرایط آنیل شده شکل پذیری عالی با قدرت تسلیم نزدیک به 100-120 مگاپاسکال را ارائه می دهد. به دلیل سفتی بالاتر، در قالب ها کمی سخت تر از آلومینیوم است، اما به خوبی در قابلیت پلیمر برای استوک نازک است.
• مس (C110, C101):مس نرم مرده با نیروی بسیار کم شکل می گیرد و به راحتی با هندسه قالب مطابقت دارد. عالی برای ابزارهای چاپی در تمام ضخامت های معمول تا حد فشار قالب.
• فولاد ملایم (1008، 1010، 1018):فولاد کم کربن آنیل شده- با قدرت تسلیم حدود 200-250 مگاپاسکال. قابل اجرا با قالب های چاپی تقویت شده در گیج های نازک، اما نیروها به سرعت با ضخامت بالا می روند.
• فولاد ضد زنگ (304، 316):گریدهای آستنیتی آنیل شده شکل پذیر هستند اما به نیروی قابل ملاحظه ای بیشتر از فولاد نرم نیاز دارند. معمولاً حد بالایی برای قالب‌های پلیمری، محدود به مواد بسیار نازک با-مواد قالب با استحکام بالا مانند نایلون کربن-یا رزین سفت و سخت است.

شرایط دما به اندازه انتخاب آلیاژ اهمیت دارد.بازپخت با تبلور مجدد ساختار دانه، شکل پذیری را بازیابی می کند، که قدرت تسلیم را کاهش می دهد و ازدیاد طول را افزایش می دهد - هر دو ویژگی که نیروی شکل دهی مورد نیاز قالب شما را کاهش می دهد. یک ورق آلومینیومی نیمه سخت 5052 تقریباً دو برابر نیروی خمشی همان آلیاژ در شرایط کاملاً آنیل شده نیاز دارد. هنگام کار با ابزار چاپی، همیشه حالت نرم آنیل شده یا مرده را مشخص کنید، مگر اینکه برنامه به طور خاص به شرایط سخت تری در قسمت نهایی نیاز داشته باشد.

این رابطه ساده است: فلز نرمتر به معنای استرس کمتر قالب، عمر قالب بیشتر و سازگاری بهتر با ابزار پلیمری است. اگر طراحی شما اجازه می‌دهد{1}} عملیات حرارتی پس از شکل‌دهی یا سخت‌سازی کار، با ذخایر آنیل شده شروع کنید و به جای اینکه در مرحله شکل‌دهی با حالت سخت‌تر مبارزه کنید، استحکام را اضافه کنید.

محدودیت ضخامت توسط مواد قالب

محدودیت‌های ضخامت ورق فلزی برای قالب‌های چاپ شده سه بعدی به تعامل بین مقاومت فشاری قالب و نیروی شکل‌دهی تولید شده توسط یک فلز معین در ضخامت معین بستگی دارد. استوک ضخیم تر نیروی مورد نیاز را به صورت تصاعدی ضرب می کند - دوبرابر ضخامت ورق تقریباً نیروی خمشی را چهار برابر می کند.

این مقادیر خمش‌های ساده V{0}}با فاصله‌های طراحی شده مناسب و طول خمش متوسط ​​را فرض می‌کنند. کشش ها، فرم های مرکب و خطوط خمش طولانی نیروها را به سمت بالاتر می راند، که به معنای کاهش حداکثر ضخامت مجاز است. یک مطالعه آزمایشی با استفاده ازقالب های فولادی ماراژینگ چاپ سه بعدی برای مهر زنی داغشکل‌دهی موفقیت‌آمیز فولاد بور با پوشش 1.7 میلی‌متری را در 800 چرخه نشان داد و تأیید کرد که قالب‌های متخلخل فلز-سنج‌های سنگین‌تر و آلیاژهای سخت‌تر با دوام تولید-را دارند.

انتقال پایان سطحی از قالب به قطعه

در اینجا جزئیاتی وجود دارد که اکثر راهنماهای ابزارسازی به طور کامل از آن صرفنظر می کنند: پرداخت سطح از ابزار پرینت سه بعدی مستقیماً به ورق فلزی شکل گرفته منتقل می شود. هر خط لایه، هر پله-مصنوع پله، و هر نقص سطحی روی سطح قالب تحت فشار فشار وارد قطعه کار می‌شود. در فلزات نرم مانند آلومینیوم یا مس آنیل شده، این اثر به ویژه مشهود است زیرا مواد در طول شکل‌گیری با سطح قالب مطابقت دارند.

شدت به فناوری چاپ بستگی دارد:

• FDM می میردقابل مشاهده ترین علامت گذاری را ترک کنید. ارتفاع لایه 0.1{3}}0.3 میلی متر برجستگی هایی ایجاد می کند که به وضوح در آلومینیوم نازک نقش می بندد. این الگو جهت دار و قابل تکرار است - در هر قسمتی که با صفحه قالب تماس داشته باشد، خطوط موازی را در قسمت تشکیل شده مشاهده خواهید کرد.
• SLA می میردتمیزترین سطوح را در بین گزینه های پلیمری تولید می کند. ارتفاع لایه 0.025-0.05 میلی متر حداقل بافت قابل رویت را بر روی قسمت های شکل گرفته باقی می گذارد که اغلب بدون درمان بیشتر قابل قبول است.
• SLS می میردیک بافت کمی مات و دانه‌ای از سطح پودری-سینتر شده منتقل کنید. نسبت به خطوط FDM جهت دارتر است، اما همچنان روی فلزات بازتابنده قابل مشاهده است.

استراتژی هایی برای به حداقل رساندن انتقال سطحی:

• صورت های تشکیل دهنده را سنباده بزنیدبا دانه های ریزتر (220 تا 600) برای از بین بردن خطوط لایه قبل از استفاده. این ساده ترین و موثرترین مداخله برای مرگ FDM است.
• یک پوشش نازک اپوکسی یا پرکننده بمالیدبه سطح قالب و ماسه صاف. این شکاف‌های میکرو{1}} بین لایه‌ها را پر می‌کند و یک صورت پیوسته شکل می‌گیرد.
• چاپ را جهت دهیدبنابراین خطوط لایه به موازات جهت جریان مواد در طول شکل گیری قرار می گیرند. خطوط موازی نسبت به برجستگی های عمود بر هم اختلال بصری کمتری ایجاد می کنند و خطر علامت گذاری را کاهش می دهند.
• از شیم قربانی استفاده کنید- یک ورق نازک پلی اتیلن صاف یا PTFE بین قالب و قطعه کار. این انطباق را افزایش می دهد اما انتقال مستقیم بافت روی قطعات آرایشی را حذف می کند.

برای قطعاتی که کیفیت سطح اهمیت دارد، برای تکمیل قالب‌بندی پست-سرمایه‌گذاری کنید یا روی قالب‌های چاپی SLA{1}}با وجه‌های فرم‌دهی سنباده‌ای برنامه‌ریزی کنید. برای قطعات ساختاری که از دید پنهان هستند، بافت یک قالب ناتمام FDM اغلب قابل قبول است.

دانستن اینکه قالب شما می تواند کدام فلزات را تشکیل دهد و چقدر ضخیم می توانید آنها را فشار دهید، پوشش عملیاتی را ایجاد می کند. سوال بعدی کمی بیشتر است: یک عملیات شکل‌دهی مشخص دقیقاً چقدر نیرو ایجاد می‌کند و آیا می‌توان از آن جان سالم به در برد؟

محاسبات اجباری و محدودیت‌های تناژ را فشار دهید

شما می دانید که کدام فلز را می سازید و چقدر ضخیم است. شما یک ماده قالب با مقاومت فشاری شناخته شده انتخاب کرده اید. مرحله حیاتی بین این دو نقطه داده، تعیین مقدار دقیق نیرویی است که عملیات شکل‌دهی - ایجاد می‌کند و اینکه آیا قالب چاپی شما می‌تواند آن را بدون شکست فاجعه‌بار جذب کند. این محاسبه نیروی تشکیل دهنده برای قالب های چاپ شده سه بعدی است که اکثر راهنماها هرگز به آن توجه نمی کنند.

تخمین نیروی شکل دهی برای ورق فلز

فرمول استاندارد تناژ هوا-به طور گسترده در عملیات پرس ترمز استفاده می شود، یک نقطه شروع قابل اعتماد ارائه می دهد:

تناژ شکل دهی={[575 x (ضخامت مواد²)] / قالب-عرض باز شدن / 12} x طول خم x فاکتور ماده

ضخامت مواد، قالب-عرض دهانه، و طول خمیدگی همه بر حسب اینچ هستند. ثابت 575 در برابر فولاد نورد سرد AISI 1035 با استحکام کششی 60000 PSI کالیبره شده است. برای تطبیق این مورد با فلزات دیگر، یک عامل ماده - نسبت استحکام کششی ورق فلز خود را به آن خط پایه 60000 PSI اعمال می‌کنید. برخی از عوامل رایج:

• آلومینیوم نرم مرده (سری H-): 0.5
• آلومینیوم T-6: 1.0 - 1.2
• فولاد نرم (AISI 1035): 1.0
• فولاد ضد زنگ 304 (کشش 84000 PSI): 1.4
• برنج (بازپخت، ~45000 PSI کششی): 0.75

تصور کنید که آلومینیوم آنیل شده 1.0 میلی متری (0.040 اینچ) را روی دهانه قالب 6 میلی متری (0.25 اینچی) با طول خمشی 100 میلی متری (4 اینچ) خم می کنید. وصل کردن این مقادیر به: {[575 x (0.040²)] / 0.25 / 12} x 4 x 0.5=تقریباً 0.06 تن یا حدود 540 نیوتن نیرو. این به راحتی در توانایی اکثر قالب های نایلونی یا پلی کربنات است.

این رابطه مهم است که درونی شود: نیروی تشکیل دهنده با افزایش می یابدمربعاز ضخامت مواد ضخامت ورق را دو برابر کنید و نیروی لازم را چهار برابر کنید. این مقیاس نمایی به همین دلیل است که محدودیت های ضخامت در بخش قبل وجود دارد - قالب های چاپی با افزایش گیج به سقف فشاری خود سریع برخورد می کنند.

محدودیت های تناژ را برای ابزار چاپی فشار دهید

یک قالب چاپی چقدر نیرو می تواند تحمل کند؟ پاسخ در مقایسه نیروی شکل‌دهی محاسبه‌شده در برابر مقاومت فشاری قالب در سطح تماس آن است.

چارچوب مفهومی این است: اگر سطح تماس شما 500 میلی متر است²و ماده قالب دارای مقاومت فشاری 100 مگاپاسکال است، حداکثر بار نظری قبل از تغییر شکل دائمی 50000 نیوتن (تقریباً 5 تن متریک) است. محدودیت تناژ پرس برای ابزارهای پلاستیکی صرفاً سطح تماس قالب در استحکام تسلیم فشاری آن ضرب می شود و سپس با یک حاشیه ایمنی کاهش می یابد.

متغیرهای کلیدی که مهندسان باید هنگام تعیین اینکه آیا یک قالب چاپی در یک عملیات معین زنده می ماند یا خیر، در نظر بگیرند:

• استحکام کششی ورق فلزی- مستقیماً نیروی تشکیل دهنده را از طریق عامل ماده تعیین می کند
• ضخامت ورق (مربع)- متغیر غالب در معادله نیرو
• طول خم شدن- خم های طولانی تر نیروی کل به نسبت بیشتری تولید می کنند
• قالب-عرض باز شدن- دهانه‌های باریک‌تر نیرو را متمرکز می‌کند و نیاز به تناژ را افزایش می‌دهد
• منطقه تماس قالب- سطوح تماس بزرگتر نیرو را در مواد بیشتری توزیع می‌کند و استرس موضعی را کاهش می‌دهد
• مقاومت فشاری مواد قالب- حداکثر تنشی که قالب می‌تواند بدون تغییر شکل دائمی تحمل کند
• فاکتور ایمنی- درجه بندی اجباری اعمال شده برای محاسبه تغییرات مواد و حالت های شکست ناگهانی

حاشیه ایمنی برای قالب های مهر زنی تولیدی افزودنی سزاوار تاکید ویژه است. قالب های فولادی با بارگذاری بیش از ظرفیت خود به تدریج تغییر شکل می دهند - آنها قارچ می شوند، به وضوح تسلیم می شوند، هشدار می دهند. قالب های پلیمری چاپی انجام نمی شود. آنها به طور ناگهانی و بدون تغییر شکل قبلی، به ویژه رزین‌های سفت و سخت و مواد پر از شیشه می‌شکنند. این حالت شکست شکننده به این معنی است که شما نمی توانید برای تشخیص یک قالب اضافه بار که به حد مجاز خود نزدیک می شود به بازرسی بصری اعتماد کنید.

برای قالب های پلیمری، حداقل ضریب ایمنی 3 برابر - را اعمال کنید، به این معنی که نیروی شکل دهی محاسبه شده شما نباید از یک-یک سوم ظرفیت فشاری نظری قالب تجاوز کند. برای رزین های سفت و سخت که با اخطار صفر خراب می شوند، ضریب ایمنی 4 برابر مناسب تر است. فقط نایلون و پلی کربنات سخت که قبل از شکستگی مقداری تغییر شکل پلاستیکی از خود نشان می‌دهند، می‌توانند کار نزدیک‌تر به حاشیه ۲.۵ برابری را توجیه کنند.

یک بررسی عملی: نیروی شکل دهی خود را با استفاده از فرمول بالا محاسبه کنید، ظرفیت فشاری قالب خود (مقاومت تسلیم x سطح تماس) را بر آن نیرو تقسیم کنید و تأیید کنید که نسبت به دست آمده با آستانه ایمنی شما مطابقت دارد. اگر اینطور نیست، سه گزینه دارید - افزایش سطح تماس قالب، تغییر به ماده قالب قوی‌تر یا کاهش ضخامت ورق. اجرای قالب چاپی در نزدیکی حد محاسبه شده آن، یک اقدام صرفه جویی در هزینه- نیست. این مسیری برای خرابی ناگهانی ابزار، قطعات کار آسیب دیده و آسیب احتمالی پرس است.

این محاسبات نیرو به شما می‌گوید که آیا یک ضربه تشکیل‌دهنده منفرد می‌تواند زنده بماند یا خیر. اما اقتصاد ابزارسازی به بیش از یک ضربه - طول عمر قالب، هزینه تکرار، و شکست-حجم یکنواخت در برابر ابزارهای ماشینکاری معمولی بستگی دارد که مشخص می‌کند آیا قالب‌های چاپی واقعاً در طول چرخه عمر پروژه صرفه‌جویی می‌کنند یا خیر.

هزینه-چارچوب سود و شکست-تحلیل یکنواخت

یک قالب چاپی با قیمت 40 دلار به نظر می رسد یک پیروزی واضح در برابر یک ابزار ماشینکاری 2000 دلاری باشد. اما این مقایسه آنچه را که واقعاً هزینه پروژه را افزایش می‌دهد نادیده می‌گیرد: هر قالب چند قطعه قبل از شکست تولید می‌کند، چند تکرار طراحی را می‌سوزاند، و در چه حجمی ابزار ارزان‌تر ارزان‌تر نمی‌شود. مقایسه هزینه قالب واقعی چاپ سه‌بعدی در مقابل ابزارآلات ماشین‌کاری شده CNC به هزینه کل لنز مالکیت - نیاز دارد که ابزارسازی، تکرار، و اقتصاد هر-قسمتی را در کل قوس توسعه محاسبه می‌کند.

هزینه هر قطعه در طول عمر قالب

طول عمر قالب چاپی تعداد قطعات بسته به مواد و شدت شکل گیری به طور چشمگیری متفاوت است. یک قالب نایلونی با طراحی خوب- که خمش های ساده را در آلومینیوم نازک انجام می دهد، می تواند بین 200 تا 500 چرخه دوام بیاورد. یک قالب رزین سفت و سخت تحت بار متوسط ​​ممکن است پس از 50 تا 150 قطعه ترک بخورد. PLA؟ اغلب تک رقمی قبل از تخریب قابل مشاهده است.

این طول عمر مستقیماً هزینه هر قطعه را با قالب های چاپ شده سه بعدی تعیین می کند. یک قالب نایلونی 40 دلاری که 200 قطعه خوب تولید می کند، برای هر قطعه 0.20 دلار قیمت دارد. یک قالب فولادی ماشینکاری شده CNC 2000 دلاری که 100000 قطعه تولید می کند 0.02 دلار برای هر قطعه قیمت دارد. در ارزش اسمی، فولاد برنده - است، اما تنها در صورتی که واقعاً به 100000 قطعه نیاز داشته باشید و طرح هرگز تغییر نکند.

معادله هزینه واقعی، وام گرفتنهزینه کل چارچوب مالکیتمورد استفاده در فرآیندهای تولید، به صورت زیر است:

کل هزینه ابزار پروژه=(هزینه هر قالب x تعداد تکرارها) + (چاپ ناموفق x هزینه مواد) + پست{3}}کار پردازش

هر تجدید نظر در طراحی به معنای یک قالب جدید است. با ابزار چاپی، این نسخه 40 دلار و چهار ساعت هزینه دارد. با ماشین کاری، 2000 دلار و دو تا چهار هفته هزینه دارد. اگر پروژه شما قبل از نهایی کردن هندسه قطعه، شش بار تکرار شود - یک سناریوی رایج در توسعه محصول جدید - مسیر ابزار چاپی تقریباً 240 دلار در قالب هزینه دارد. هزینه مسیر ماشینکاری شده 12000 دلار است، با این فرض که حتی به جای حدس زدن و امیدواری، بارها آن را{12}}قطع کنید.

شکست-تحلیل یکنواخت در برابر ابزار سنتی

حجم یکسان برای قالب های چاپ شده در نقطه متقاطع قرار می گیرد که در آن هزینه انباشته برای هر{0} قطعه ابزار بر روی قالب چاپی با هزینه مستهلک یک قالب ماشینکاری شده برابر است. در زیر آن حجم، چاپ برنده است. بالاتر از آن، ماشینکاری کار می کند.

این الگو واضح است: قالب های چاپی بر مرحله نمونه سازی و اعتبار سنجی تسلط دارند، جایی که طرح ها به طور مکرر تغییر می کنند و حجم تولید محقق نشده است. داده‌های صنعت این پویا را تأیید می‌کند - 3چاپ D یک منحنی هزینه نسبتاً مسطح را حفظ می‌کند که به نفع مقادیر کم است، در حالی که فرآیندهای با سرمایه‌گذاری ابزار بالا تنها زمانی مقرون به صرفه می‌شوند که NRE در هزاران واحد پخش شود.

تعداد تکرار ضریب پنهان است. یک پروژه با دو تجدید نظر در طراحی ممکن است حتی در 300 قسمت در ابزار ماشینکاری شکسته شود. همان پروژه با هشت بازنگری - غیرمعمول در-توسعه محصول در مراحل اولیه- ممکن است حتی تا 2000 قسمت هم شکسته نشود زیرا هر نسخه ماشینکاری شده هزاران هزینه کاهش می‌دهد. قالب های چاپ شده تقریباً بی ثباتی طراحی را جذب می کنند.

جایی که مزیت اقتصادی ناپدید می‌شود: زمانی که طرح شما منجمد شد، حجم‌ها از 500 قسمت فراتر می‌رود و طول عمر بیشتر از سرعت تکرار اهمیت دارد. در آن نقطه، شکاف دوام، صرفه جویی در هزینه اولیه را تحت تأثیر قرار می دهد و هر چاپ مجدد{2} اصطکاک را اضافه می کند که یک قالب فولادی سخت شده به طور کامل از بین می برد.

این شکست{0}}ریاضی فرض می‌کند که قالب چاپی شما به تنهایی کار می‌کند. در عمل، بسیاری از تیم‌ها دامنه مفید ابزارهای چاپی را با ترکیب آن با روش‌های ترکیبی - مواد معمولی گسترش می‌دهند که عمر قالب و قابلیت آن را فراتر از آنچه پلیمر خالص می‌تواند به تنهایی به دست آورد، افزایش می‌دهد.

رویکردهای ترکیبی و استراتژی های اعتبارسنجی سریع

قالب های پلیمری خالص دارای سقف هستند. قالب های فولادی خالص ماشین کاری شده کف قیمت دارند. بین این دو نقطه افراطی، طیفی از ابزارهای ترکیبی برای نمونه سازی ورق فلزی قرار دارد که از هر دو جهان وام گرفته می شود - با استفاده از هندسه چاپی به عنوان پایه و در عین حال مواد معمولی را دقیقاً در جایی که برای تحمل بارهای بالاتر، افزایش طول عمر یا بهبود کیفیت سطح مورد نیاز است، اضافه می کند.

اینها تکنیک های عجیب و غریب نیستند. آنها ارتقاهای عملی هستند که تیم ها به صورت تدریجی اعمال می کنند زیرا نیازمندی های شکل دهی بیشتر از آنچه یک قالب چاپی مستقل می تواند ارائه دهد، اعمال می کند.

تقویت قالب های چاپی با درج های فلزی

رایج ترین نقطه شکست در قالب چاپی، لبه شکل دهی - شعاع کوچکی است که ورق فلز در اطراف ابزار خم می شود. این ناحیه تماس متمرکز اوج تنش فشاری را می بیند و سریعترین حالت را دارد. تقویت قالب های چاپ شده سه بعدی با درج های فلزی در این مناطق بحرانی به طور چشمگیری عمر ابزار را بدون بازسازی کل قالب در فولاد افزایش می دهد.

روش ساده است: بدنه قالب را با جیب‌های فرورفته در{0}مناطق فرسودگی زیاد طراحی کنید، سپس پین‌ها، رولپلاک‌ها یا درج‌های ماشین‌کاری شده فولادی را در آن جیب‌ها فشار دهید یا بچسبانید. بدنه چاپ شده هندسه حجیم و تراز را کنترل می کند، در حالی که درج فلزی تماس واقعی شکل گیری را کنترل می کند. قالبی که ممکن است 100 چرخه به عنوان نایلون خالص زنده بماند، می تواند به 1،000+ چرخه با لبه های فولادی- برسد.

استراتژی های رایج درج عبارتند از:

• پین های رولپلاک سفت شده در شعاع خم شدن جایی که ورق فلز دور لبه قالب می پیچد
• صفحات فولادی زمین مسطح برای توزیع یکنواخت بار به صفحه شکل دهنده چسبانده شده اند
• درج‌های رشته‌ای تعبیه‌شده در طول چاپ (با استفاده از تکنیک‌های مکث-و-درج) برای ویژگی‌های نصب و تراز کردن

استراتژی های پشتیبان برای زندگی طولانی مدت

هنگامی که هندسه قالب پیچیده است اما تقاضای ساختاری بیش از آن چیزی است که پلاستیک پرکننده جامد می تواند تحمل کند، پوشش پوسته چاپ شده با یک پرکننده سفت و سخت، یک ابزار شکننده را به ابزاری قوی تبدیل می کند. پوسته های قالب پرینت سه بعدی با پشت اپوکسی بسیار موثر هستند - شما یک قالب با دیواره نازک-با سطوح شکل دهی دقیق چاپ می کنید، سپس حفره داخلی را با{{5}اپوکسی پر شده آلومینیومی یا اورتان ساختاری پر می کنید.

تحقیق در موردابزارسازی سریع هیبریدی با مواد پشتیبان مختلفدریافتند که پوشش آلومینیومی بهترین توازن هزینه، دقت ابعادی و کارایی فرآیند را فراهم می‌کند - که عملکرد را تا 68% در مقایسه با ابزار بدون پشتوانه افزایش می‌دهد در حالی که نرخ رونویسی را بالای 93% حفظ می‌کند.

در اینجا پیشرفت استراتژی های تقویت ترکیبی، از ساده ترین به پیشرفته ترین، ارائه شده است:

1. سطوح تشکیل دهنده شن و ماسه و پوشش- خطوط لایه را با اپوکسی نازک پر کنید، ماسه صاف. دوام سطح را با تغییر ساختاری صفر به بدنه قالب اضافه می کند.
2. درج‌های فلزی{0}را در لبه‌های سایش قرار دهید- رولپلاک های فولادی یا پین های زمین در شعاع خمیدگی. عمر لبه را 5 تا 10 برابر با حداقل پیچیدگی طراحی افزایش می دهد.
3. اپوکسی-داخل قالب را پر کنید- یک پوسته توخالی با هندسه خارجی دقیق چاپ کنید، سپس اپوکسی پر شده از آلومینیوم- داخل آن بریزید. اپوکسی پشتیبانی فشاری را فراهم می کند در حالی که پوسته چاپ شده دقت ابعادی را حفظ می کند.
4. قالب چاپ شده را به صفحه پشتی فلزی ماشینکاری شده بچسبانید- از جزء چاپ شده به عنوان سطح شکل‌دهی دقیق استفاده کنید، پیچ و مهره شده یا به صفحه فولادی یا آلومینیومی متصل شده است که نیروی فشار حجیم را جذب می‌کند. این مسئله هندسه (که توسط چاپ انجام می شود) از مسئله ساختاری (که توسط فلز انجام می شود) جدا می شود.
5. از قالب های چاپ شده به عنوان الگو برای ابزارهای اورتان ریخته گری یا اپوکسی استفاده کنید- هندسه اصلی دقیق را چاپ کنید، سپس قالب‌های اورتان یا کامپوزیت اپوکسی درجه‌بندی- را از آن استاد تولید کنید. یک الگوی چاپ شده چندین قالب ریخته گری تولید می کند که هر یک صدها چرخه طول می کشد. این رویکرد زمانی منطقی به نظر می رسد که به چندین مجموعه قالب یکسان نیاز دارید یا زمانی که خود ماده چاپی نمی تواند محیط شکل گیری را اداره کند.

هر مرحله به بالا هزینه و زمان را اضافه می کند، اما قابلیت قالب را نیز چند برابر می کند. بینش کلیدی این است که شما نیازی به انتخاب بین چاپی و معمولی ندارید - آنها را در رابطی که هر فناوری بهترین کار خود را انجام می دهد ترکیب کنید.

اعتبار سنجی قطعات قبل از سرمایه گذاری کامل ابزار

قالب های هیبریدی مشکل دوام ابزار را حل می کند. اما یک سؤال اعتبارسنجی گسترده‌تر وجود دارد که قالب‌های چاپی به تنهایی نمی‌توانند به آن پاسخ دهند: آیا قطعه مهر شده واقعاً در کاربرد نهایی خود کار می‌کند؟ نمونه اولیه ساخته شده از قالب چاپ شده هندسه و تناسب اولیه را تأیید می کند، اما ممکن است رفتار مواد، ویژگی های فنر-پشت، یا کیفیت سطح یک قطعه مهر شده- تولیدی را نشان ندهد.

اینجاست که گردش کار توسعه از اعتبارسنجی قطعات مهر شده قبل از تولید ابزار از طریق یک مسیر مکمل سود می برد. تیم‌های با تجربه به‌جای پرش مستقیم از-نمونه‌های اولیه قالب‌های چاپی به 10 دلار،000+ تولید سخت‌شده، یک مرحله نمونه‌سازی سریع را وارد می‌کنند که قطعات فلزی واقعی - را از طریق ماشین‌کاری CNC یا ساخت حرفه‌ای ورق‌های فلزی - تولید می‌کند تا قابلیت ساخت و عملکرد عملکردی را تأیید کند.

منطق درست است: قالب چاپی شما ثابت کرد که هندسه کار می کند. یک نمونه فلزی{1}}نمونه اولیه یا ساخته شده CNC، عملکرد قطعه را در شرایط واقعی، با تولید{2}}نماینده خواص مواد و پرداخت سطح، ثابت می‌کند. این اعتبارسنجی دو مرحله‌ای مشکلات DFM (زوایای پیش‌نویس، حداقل شعاع، فنر-تجهیزات پشتیبان) را قبل از اینکه سرمایه را به ابزار تولید اختصاص دهید، جلب می‌کند.

تیم هایی که از خدماتی مانندنمونه سازی سریع YICHENبا ترکیب ماشینکاری CNC و ساخت ورق فلز برای تولید نمونه های فلزی کاربردی با بازخورد اولیه DFM به این شکاف نزدیک شوید. نتیجه یک طراحی قطعه تایید شده - است که هم از نظر هندسی (از طریق قالب های چاپی) و هم از نظر عملکردی (از طریق قطعات فلزی نمونه اولیه) - قبل از بریده شدن هر قالب تولیدی تأیید شده است. این اعتبارسنجی دو مرحله‌ای معمولاً در بازنگری‌های ابزار اجتناب‌شده بسیار بیشتر از هزینه خدمات نمونه‌سازی اولیه صرفه‌جویی می‌کند.

استراتژی‌های ترکیبی، آنچه قالب‌های چاپی می‌توانند از نظر فیزیکی انجام دهند را گسترش می‌دهند. اما هر رویکردی همچنان دارای یک مرز - نقطه ای است که در آن خستگی مواد، نیاز به نیرو، یا تقاضای حجم فراتر از آن چیزی است که هر ترکیبی از ابزار چاپی و تقویت شده می تواند به طور قابل اعتماد حفظ کند.

محدودیت ها و زمان حرکت فراتر از قالب های چاپی

هر روش ابزارسازی دارای یک پوشش شکست است. قالب های چاپی نیز از این قاعده مستثنی نیستند، و تظاهر به غیر این صورت، همه چیزهایی را که این راهنما ایجاد کرده است، تضعیف می کند. حالت‌ها و محدودیت‌های شکست قالب چاپ سه‌بعدی واقعی، قابل پیش‌بینی و - در صورت نادیده گرفتن - گران هستند. دانستن اینکه دقیقاً کجا این ابزارها خراب می شوند به شما این امکان را می دهد که با اطمینان از آنها در پنجره قابلیت خود استفاده کنید و در لحظه مناسب به جای خیلی دیر به ابزار سخت تر تبدیل شوید.

وقتی پرینت دیز شکست می خورد

شکست همیشه مانند یک ترک چشمگیر در اواسط-سکته مغزی نیست. اغلب، این تخریب تدریجی است که باعث تولید قطعات نادرست فزاینده ای می شود تا زمانی که قالب غیرقابل استفاده شود. در اینجا سناریوهای خاصی وجود دارد که ابزار چاپی به حد خود می رسد:

• بیش از سقف تناژ:قالب های پلیمری نمی توانند نیروهایی فراتر از استحکام تسلیم فشاری ضربدر سطح تماس، حتی یک بار، دوام بیاورند. یک رویداد اضافه بار منجر به شکستگی شکننده فوری در رزین های صلب یا خرد شدن دائمی در ترموپلاستیک ها می شود. هیچ بازیابی وجود ندارد - قالب قراضه است.
• قالب چاپی خستگی و خزش تحت بار:دوچرخه‌سواری مکرر حتی در نیروهای بسیار کمتر از حد مجاز تک ضربه‌ای- باعث آسیب تجمعی می‌شود.تغییر شکل خزشی در پلیمرهای چاپ سه بعدیزمانی اتفاق می‌افتد که زنجیره‌های مولکولی تحت تنش مداوم یا مکرر از کنار یکدیگر می‌لغزند و در طول زمان تغییر ابعاد دائمی می‌کنند. پلاستیک های FDM به ویژه حساس هستند زیرا دمای ذوب پایین آنها به این معنی است که گرمای محیطی این حرکت مولکولی را تسریع می کند. یک قالب که در چرخه یک اندازه گیری کامل دارد ممکن است در چرخه 200 0.1-0.3 میلی متر بزرگتر باشد.
• حساسیت به دما:دمای کارگاه بالاتر از 30-35 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی PLA و رزین های استاندارد را نرم می کند. اصطکاک{4}}در حین دوچرخه سواری سریع باعث ایجاد گرما می شود. قالبی که در یک آزمایشگاه کنترل شده با آب و هوا خوب کار می کند ممکن است در گاراژ تابستانی یا کف کارخانه بدون تهویه مطبوع از کار بیفتد.
• محدودیت های پیچیدگی هندسی:کشش‌های عمیق، منحنی‌های ترکیبی با شعاع تنگ، و عملیات قالب پیشرونده، حالت‌های تنش چند جهته را معرفی می‌کنند که مواد چاپی عملکرد ضعیفی دارند. بارهای کششی روی پیوندهای لایه در قالب‌های FDM یا غلظت تنش در ویژگی‌های نازک در قالب‌های رزینی، نقاط شکست غیرقابل پیش‌بینی ایجاد می‌کنند که هیچ مقدار پرکننده آن را جبران نمی‌کند.
• تخریب سطح:تماس تشکیل شده به تدریج باعث ساییدگی و صیقل دادن سطح قالب می شود و ابعاد فاصله و انتقال بافت سطح را تغییر می دهد. مواد نرمی مانند نایلون سریعتر از رزین های سفت سایش می شوند، اما با ظرافت بیشتری شکست می خورند - در مقابل تخریب کندتر در مقابل ترک خوردن ناگهانی است.
• دریفت ابعادی بدون هشدار:بر خلاف قالب‌های فولادی که قبل از شکست به‌طور قابل مشاهده تغییر شکل می‌دهند، قالب‌های پلیمری می‌توانند از نظر ابعادی خزش کنند در حالی که هنوز دست نخورده به نظر می‌رسند. تا زمانی که قطعات تشکیل شده شروع به بازرسی نکنند، مشکلی را مشاهده نخواهید کرد. خزش در پلیمرها حتی در دمای اتاق به دلیل ماهیت ویسکوالاستیک آنها رخ می دهد، جایی که بارگذاری پایدار باعث کشیده شدن و مرتب شدن دائمی زنجیره ها می شود.

آستانه حجم برای ابزارهای مهر زنی پرینت سه بعدی معمولاً بین 200 تا 500 قطعه برای قالب های ترموپلاستیک طراحی شده خوب و 50 تا 150 قطعه برای قالب های رزین تحت بار متوسط ​​قرار دارد. اینها مرزهای سختی نیستند - بلکه با انتخاب مواد، شدت شکل‌گیری و شرایط محیطی تغییر می‌کنند. اما آنها منطقه ای را نشان می دهند که در آن سایش تجمعی، خزش و رانش ابعادی باعث می شود هر قسمت بعدی نسبت به قسمت قبلی کمتر قابل اعتماد باشد.

آستانه های حجمی و انتقال به ابزار تولید

دانستن اینکه چه زمانی باید از قالب های چاپی به قالب های ماشینی تبدیل شوند، یک نقطه تصمیم گیری واحد نیست. این پیشرفتی است که از قوس طبیعی توسعه محصول پیروی می کند:

1. قالب های چاپی برای اعتبارسنجی هندسه (1-50 قسمت):اطمینان حاصل کنید که زوایای خمیدگی، عمق شکل و شکل کلی مطابق طراحی شده است. عیوب سطح و واریانس ابعادی را به عنوان قیمت سرعت بپذیرید.
2. قطعات فلزی نمونه‌سازی سریع-برای آزمایش عملکردی (5-20 قسمت):هنگامی که هندسه از طریق قالب‌گیری قالب چاپی تأیید شد، قطعات فلزی واقعی را از طریق ماشین‌کاری CNC یا ساخت حرفه‌ای برای تأیید رفتار مواد، فنر-و عملکرد در شرایط خدمات واقعی تولید کنید. خدماتی مانندنمونه سازی سریع YICHENاین شکاف را با ارائه CNC{0}}قطعات فلزی نمونه اولیه و ساخته شده که قابلیت ساخت را تأیید می‌کنند- و مشکلات DFM را قبل از سرمایه‌گذاری در ابزارهای سخت‌شده برطرف می‌کنند، پر کنید.
3. ابزار تولید برای حجم ({0}} بخش):با تأیید هندسه و تأیید قابلیت ساخت، روی قالب‌های فولادی ماشین‌کاری شده CNC{0}}با اطمینان خاطر که هیچ چرخه بازنگری گران قیمتی در انتظار نیست سرمایه‌گذاری کنید.

این رویکرد مرحله‌ای ریسک کل پروژه را به حداقل می‌رساند. قالب های چاپی ناپایداری طراحی در توسعه اولیه را جذب می کند. قطعات فلزی نمونه‌سازی سریع{2}}تأیید می‌کنند که طرح نهایی واقعاً در مقیاس قابل تولید است. تولید فقط یک بار قطع می شود، آن هم برای طراحی منجمد.

قبل از متعهد شدن به هر رویکردی، این چک لیست ارزیابی را برای برنامه خاص خود اجرا کنید:

• آیا نیروی تشکیل دهنده شما کمتر از یک-یک سوم ظرفیت فشاری ماده قالب است؟ در غیر این صورت، ابزار چاپی کمتر از اندازه است.
• آیا به بیش از 500 قطعه یکسان نیاز دارید؟ اگر چنین است، اقتصاد به نفع قالب های ماشینی بدون توجه به قابلیت قالب چاپی است.
• آیا قطعه شکل گرفته به کیفیت پرداخت سطح زیر Ra 1.6 نیاز دارد؟ قالب های چاپ شده بدون تکمیل گسترده این کار را ارائه نمی دهد.
• آیا قالب در دمای بالای 35 درجه سانتیگراد کار می کند؟ عامل نرم شدن مواد و تسریع خزش.
• آیا این هندسه شامل کشش های عمیق یا اشکال ترکیبی با تنش کششی در سرتاسر سطح قالب است؟ این مواد چاپی را به قلمرو شکست غیرقابل پیش بینی سوق می دهد.
• آیا می توانید تغییرات ابعادی +/- 0.2 تا 0.5 میلی متر را در طول یک دوره تولید تحمل کنید؟ اگر به قوام سفت‌تری نیاز است، ابزار فولادی جواب می‌دهد.

قالب های مهر زنی پرینت سه بعدی جایگزین ابزارهای معمولی نیستند. آنها یک شتاب دهنده فاز توسعه- هستند که هفته ها زمان تحویل و هزاران دلار را به ساعت و تغییر جیبی - در یک بسته قابلیت تعریف شده کاهش می دهد. از آن‌ها در جایی که عالی هستند استفاده کنید، زمانی که این کار را نمی‌کنند، انتقال را انجام دهید، و سریع‌تر، ارزان‌تر و با شگفتی‌های کمتری نسبت به تیم‌هایی که مراحل اعتبارسنجی را به‌طور کامل نادیده می‌گیرند، به ابزار تولید می‌رسید.

سوالات متداول درباره قالب های چاپ سه بعدی مهر زنی

1. یک قالب مهر زنی پرینت سه بعدی قبل از از کار افتادن چند قطعه می تواند تولید کند؟

طول عمر قالب به شدت به مواد چاپ و شدت شکل بستگی دارد. قالب‌های نایلونی یا پلی کربناتی با طراحی خوب-که خم‌های ساده را در آلومینیوم نازک انجام می‌دهند، معمولاً بین 200 تا 500 چرخه زنده می‌مانند. قالب های رزین سخت تحت بار متوسط ​​حدود 50 تا 150 قسمت دوام می آورند. قالب‌های PLA اغلب در استفاده‌های تک رقمی- تخریب می‌شوند. روش‌های ترکیبی، مانند افزودن درج‌های فولادی در شعاع خم یا اپوکسی{10}}پر کردن داخل قالب، می‌توانند با تقویت مناطق تماس با سایش بالا، در حالی که بدنه چاپی را برای هندسه حجیم نگه می‌دارند، طول عمر را تا 1،{12}} چرخه افزایش دهند.

2. چه فلزاتی را می توانید با قالب های پرینت سه بعدی مهر بزنید؟

فلزات نرم و انعطاف پذیر در حالت آنیل شده با قالب های پلیمری بهترین کار را دارند. آلیاژهای آلومینیوم آنیل شده (1100، 3003، 5052، 6061{5}}O) نامزدهای ایده آلی هستند و پس از آن برنج آنیل شده، مس نرم مرده، و فولاد ملایم نازک-. فولاد ضد زنگ عموماً حد بالایی است که محدود به استوک بسیار نازک (زیر 0.6 میلی متر) با مواد قالبی با استحکام بالا مانند نایلون فیبر کربنی-است. همیشه هنگام سفارش ورق فلزی برای شکل دهی قالب چاپی، حالت نرم آنیل شده یا مرده را مشخص کنید، زیرا مزاج سخت تر می تواند نیروی خمشی مورد نیاز را دو برابر کند.

3. آیا قالب های چاپ سه بعدی ارزان تر از ابزارهای CNC هستند؟

برای نمونه سازی و حجم های کمتر از 500 قطعه، قالب های چاپی هزینه بسیار کمتری دارند. قیمت یک قالب نایلونی 15 تا 50 دلار در مقابل 1500 تا 10000 دلار برای فولادهای CNC{8}}. مزیت هزینه با هر تکرار طراحی افزایش می‌یابد، زیرا چاپ مجدد قالب اصلاح‌شده در مقایسه با ماشین‌کاری مجدد هزینه‌های زیادی دارد. با این حال، وضعیت اقتصادی بالای 500 تا 1000 قطعه معکوس می‌شود، زیرا قالب‌های فولادی ماشین‌کاری شده 50000 تا 500 چرخه طول می‌کشد و هزینه ابزارسازی هر قطعه کمتر از 0.10 دلار است. تیم‌هایی مانند سرویس نمونه‌سازی سریع YICHEN با تأیید قابلیت ساخت قطعات از طریق نمونه‌های فلزی نمونه‌سازی شده CNC قبل از متعهد شدن به قالب‌های تولید گران قیمت، به پر کردن این شکاف کمک می‌کنند.

4. بهترین مواد پرینت سه بعدی برای مهر زنی قالب ها چیست؟

نایلون تقویت‌شده با فیبر کربن-- قوی‌ترین عملکرد کلی را برای اکثر برنامه‌های قالب مهر زنی ارائه می‌کند. مقاومت فشاری حدود 100 تا 130 مگاپاسکال را با پایداری ابعادی عالی، انبساط حرارتی کم و مقاومت در برابر خزش تحت بارهای مکرر ترکیب می کند. برای نمونه سازی ارزان قیمت، نایلون استاندارد (PA6 یا PA12) تعادل خوبی از چقرمگی و هزینه را فراهم می کند. رزین‌های مهندسی سفت و سخت از چاپگرهای SLA، سطح و همسانگردی عالی را ارائه می‌کنند، اما به‌طور ناگهانی و بدون هشدار تحت بار اضافی از بین می‌روند. انتخاب مواد باید با نیروی شکل‌دهی خاص، تعداد چرخه و نیازهای کیفیت سطح مطابقت داشته باشد.

5. چگونه محاسبه می کنید که آیا یک قالب پرینت سه بعدی می تواند یک عملیات شکل دهی خاص را انجام دهد؟

نیروی شکل‌دهی مورد نیاز را با استفاده از فرمول تناژ خمشی هوا محاسبه کنید، که بر اساس استحکام کششی آلیاژ، ضخامت ورق، طول خمش، عرض دهانه-و یک ضرب‌کننده مواد بر اساس استحکام کششی آلیاژ را محاسبه کنید. سپس آن نیرو را با ظرفیت فشاری قالب خود مقایسه کنید (قدرت تسلیم ضربدر سطح تماس). حداقل ضریب ایمنی 3 برابر را برای ترموپلاستیک ها و 4 برابر را برای رزین های صلب اعمال کنید، زیرا قالب های پلیمری بر خلاف قالب های فولادی که به تدریج تغییر شکل می دهند، ناگهان بدون هشدار شکسته می شوند. اگر نسبت ایمنی کمتر از آستانه باشد، سطح تماس قالب را افزایش دهید، به مواد محکم‌تر تغییر دهید یا ضخامت ورق را کاهش دهید.