Kaip pramoniniai SLA 3D spausdintuvai gali optimizuoti sudėtingų detalių gamybą?

Aviacijos ir kosmoso, medicinos, automobilių ir plataus vartojimo elektronikos pramonės gamybos darbuotojams daromas vis didesnis spaudimas greičiau pristatyti sudėtingas dalis nemažinant standartų. Pramoniniame SLA 3D spausdintuve naudojama stereolitografijos technologija , kuri tiksliais lazeriais fiksuoja fotopolimerines medžiagas sluoksnis po sluoksnio, o tai tiesiogiai sprendžia šią problemą. Šis pridėtinės gamybos metodas panaikina tradicinių įrankių apribojimus, pagreitina kūrimo ciklus ir leidžia gaminti labai detalias dalis, kurių skiriamoji geba siekia mikronus, o matmenų tikslumas tinka inžinerinėms reikmėms. Derindami pažangias skenavimo sistemas su medžiagų mokslu, šie spausdintuvai gali skaitmeninius dizainus paversti darbiniais pavyzdžiais ir dalimis, kurios yra paruoštos gamybai per kelias valandas, o ne savaites. Tai visiškai pakeičia tai, kaip gamintojai konstruoja sudėtingas dalis.

Pramoninės SLA 3D spausdinimo technologijos supratimas

Stereolitografijos technologijos esmė – kruopščiai kietinti skystą medžiagą į kietus skerspjūvius naudojant UV lazerius. Tai cheminis procesas. Pramoninės klasės sistemos paprastai naudoja 355 nm UV kietojo kūno lazerius kartu su galvanometro skenavimo sistemomis. Priklausomai nuo mašinos architektūros, lazerio taškų dydžiai paprastai svyruoja nuo maždaug 0.08 mm iki 0.30 mm, o kai kurios pažangios kintamo taško sistemos gali dinamiškai padidinti spindulį, kad būtų užtikrintas didesnis skenavimo efektyvumas nekritinėse srityse. Toks tikslumo lygis leidžia kopijuoti smulkius elementus, kurių įprastai apdirbti neįmanoma, pvz., srieginius įdėklus, išpjovas ir grotelių struktūras.

Pagrindiniai komponentai, lemiantys našumą

Šie spausdintuvai pagaminti ant rėmų, pagamintų iš sustiprinto plieno arba granito, kurie neleidžia spausdintuvui drebėti spausdinimo proceso metu. Pažangios uždaros kilpos valdymo sistemos padeda išlaikyti matmenų tikslumą dideliuose spausdinimo kiekiuose, o pasiekiami tolerancijos lygiai priklauso nuo detalės geometrijos, dydžio, medžiagos ir proceso parametrų. Dinaminio fokusavimo lęšiai realiuoju laiku keičia lazerio stiprumą, kad būtų atsižvelgta į dervos storio pokyčius ir būtų užtikrintas tolygus sluoksnių sukibimas ilgų spausdinimo darbų metu. Įprastos dervos ir inžinerinės klasės formulės gali veikti tarpusavyje. ABS tipo medžiagos padaro naudingus pavyzdžius atsparius smūgiams, o skaidrios versijos leidžia išbandyti jų optines savybes. Aukštos temperatūros medžiagos, kurios gali atlaikyti aukštesnę nei 100 °C temperatūrą, puikiai tinka naudoti po automobilio variklio dangčiu, o lanksčios formulės gali būti naudojamos gaminant detales, panašias į elastingas. Kadangi ši technologija gali veikti su daugybe skirtingų medžiagų, ją galima naudoti kaip jungtį tarp bandymų ir mažos apimties gamybos.

Privalumai, palyginti su alternatyviomis technologijomis

Lyginant su selektyviuoju lazeriniu sukepinimu (SLS), pramoninis SLA 3D spausdintuvas paprastai sukuria lygesnius paviršius nei SLS, o atspausdinto paviršiaus šiurkštumas paprastai svyruoja nuo maždaug Ra 2 iki 10 μm, priklausomai nuo medžiagos, sluoksnio storio ir detalės orientacijos. Tai reiškia, kad po spausdinimo reikia atlikti mažiau darbo. SLA detalės paprastai pasižymi vienodesnėmis mechaninėmis savybėmis nei FDM detalės, nors, priklausomai nuo medžiagos ir konstrukcijos orientacijos, vis tiek gali būti tam tikras anizotropijos laipsnis, o lydyto nusodinimo modeliavimas (FDM) išlieka labai efektyvus daugeliui inžinerinių termoplastų, nors matomos sluoksnių linijos ir anizotropinės mechaninės savybės, palyginti su SLA, gali reikalauti papildomų projektavimo aspektų. Skaitmeninis šviesos apdorojimas (DLP) veikia panašiu fotopolimerizacijos procesu. Nors daugelis DLP sistemų yra optimizuotos mažesniems, didelės skiriamosios gebos konstrukcijoms, specifinėms reikmėms taip pat yra didelio formato pramoninės DLP platformos. Štai kodėl SLA dažnai renkamasi gaminant didelius, detalius prototipinius komponentus, įrankių šablonus ir sudėtingus ortakius, kur paviršiaus kokybė ir tikslios savybės yra labai svarbios.

Pagrindiniai sudėtingų detalių gamybos iššūkiai ir kaip juos išsprendžia pramoninis SLA

Gaminant sudėtingas formas, tradiciniai gamybos procesai susiduria su daug problemų. CNC pjovimui reikia daugiau nei vieno nustatymo, o tai padidina darbo sąnaudas ir kelia tolerancijų kaupimosi riziką. Įpurškimo liejimui skirti įrankiai paprastai kainuoja nuo 20 000 iki 100 000 USD vienai formai, o tai reiškia, kad mažų kiekių gamybos negalima atlikti su ribotu biudžetu. 12–16 savaičių gamybos laikas apsunkina patekimą į naujas rinkas ir dizaino pakeitimus.

Šias problemas išsprendžia stereolitografijos technologija, kuri sukuria detales tiesiai iš CAD failų be jokių įrankių. Naudodama šį metodą, medicinos prietaisus gaminanti įmonė sutrumpino chirurginių vadovų gamybos laiką nuo šešių savaičių iki 48 valandų, o tai leidžia juos pritaikyti kiekvienam pacientui. Investavęs į turbinų dalių liejimo schemas, aviacijos ir kosmoso tiekėjas sutaupė 80 000 USD apdirbimo išlaidų, tuo pačiu pasiekdamas tokį patį tikslumą kaip ir apdirbtų šablonų.

Galimybė sujungti surinktus elementus suteikia dar vieną pranašumą. Vartojimo prekes gaminanti įmonė ausinių prototipą, kuriam reikėjo 14 liejimo būdu gautų dalių, pakeitė į vieną spausdintą dalį. Šis sujungimas 70 % sutrumpino surinkimo laiką ir panaikino jungčių problemas. Tokia dizaino laisvė leidžia inžinieriams sutelkti dėmesį į našumą, o ne į gamybos apribojimus.

Automobilių kūrimo komandos naudoja šiuos įrankius, kad greitai išbandytų savo dizainus. Viena Europos įmonė per vieną naktį pagamina viso dydžio prietaisų skydelio maketus ir išbando jų ergonomiką prieš pradėdama gaminti gamybos įrankius. Kiekvieną savaitę odontologijos laboratorijos spausdina tūkstančius ortodontinių modelių, o kiekvienas kapų pagrindas yra pagamintas taip, kad atitiktų skirtingo paciento nuskaitymus. Kultūros produktų kūrėjai daro tikslias muziejaus eksponatų kopijas iki milimetro lygio, išsaugodami istorines detales mokymo tikslais.

Našumo optimizavimas Pramoniniai SLA 3D spausdintuvai sudėtingoms dalims

Norint gauti geriausius rezultatus ir kokybę, reikia strategiškai planuoti procesą. Spausdinimo kryptis daro didelę įtaką tiek spausdinimo laikui, tiek paviršiaus kokybei. Vertikalus spausdinimas sumažina sluoksnių skaičių, tačiau padidina reikalingos atraminės medžiagos kiekį, o kampu subalansuoja abu veiksnius. Modeliavimo programinė įranga prieš spausdinimą išsiaiškina, kaip plastikas nutekės ir kur yra įtempimo taškai, kad darbas nesugestų per vidurį.

Greičio ir tikslumo balansas

Pramoninio SLA 3D spausdintuvo kintamo taško dydžio lazerio technologija yra didžiulis žingsnis į priekį efektyvumo požiūriu. Dideli taškai (0.80 mm) greitai užpildo vientisas sritis, o maži taškai (0.08 mm) seka sudėtingas formas. Palyginti su fiksuoto taško sistemomis, šis skenavimo režimas gali žymiai pagerinti spausdinimo efektyvumą, palyginti su fiksuoto taško skenavimo strategijomis, išlaikant savybių kokybę svarbiose srityse neprarandant kraštų ryškumo. Dirbtinio intelekto optimizuotas kelio planavimas dar labiau sumažina nereikalingus lazerio judesius, o tai ypač naudinga gaminant daug tos pačios detalės.

Sluoksnio storio keitimas yra dar vienas būdas pagerinti našumą. Standartiniai 0.10 mm sluoksniai gerai veikia daugeliu atvejų, tačiau 0.05 mm sluoksniai gali išspręsti smulkų tekstą ar mikroelementus. Kita vertus, padidinus jį iki 0.15 mm nesvarbioms sritims, konstravimo laikas sutrumpėja tiek pat. Keičiant sluoksnio aukštį darbo metu pagal jo formą, šis sprendimas priimamas automatiškai, užtikrinant, kad geriausia skiriamoji geba būtų naudojama ten, kur jos reikia.

Nors „žalios būsenos“ dalys atrodo tvirtos, vis tiek būtinas pakartotinis kietinimas. Naudojant UV krosnis su kontroliuojamais temperatūros pokyčiais, galima gerokai pagerinti mechanines savybes ir terminį stabilumą, visiškai sukietinant dervą, o pagerėjimo laipsnis priklauso nuo dervos cheminės sudėties. Plovimo stotys, kuriose naudojamas izopropilo alkoholis arba automatinės valymo sistemos, pašalina skyles su nesukietėjusia derva. Tai neleidžia dervai prilipti ir keisti formos. Kai šie pakartotinio apdorojimo etapai pridedami prie nuolatinių procesų, savarankiškai dirbantys spausdintuvai tampa gamybos ląstelėmis.

Priežiūra ilgalaikiam našumui

Per tūkstančius naudojimo valandų įprastiniai bandymai užtikrina tikslumą. Radiometrai naudojami lazerio galiai patikrinti ir užtikrinti, kad energijos tankis išliktų toks pats. Veidrodžio orientacijos patikrinimas neleidžia spinduliui dreifuoti. Dervos tvarkymo praktikos, tokios kaip klampumo stebėjimas ir filtravimas, prailgina medžiagų tarnavimo laiką ir sumažina atliekų kiekį. Įstaigos, įgyvendinančios prevencinės priežiūros programas, dažnai pasiekia žymiai didesnį procesų nuoseklumą ir sumažina spausdinimo gedimų skaičių.

Pramoninių SLA spausdintuvų palyginimas su kitomis pramoninio 3D spausdinimo technologijomis

Norėdami pasirinkti tinkamą priedų technologiją, turite žinoti, kokie variantai atitinka jūsų unikalius poreikius. SLS puikiai tinka gaminti naudingas detales, kurioms nereikia jokių atraminių konstrukcijų, tačiau miltelių tvarkymas viską apsunkina. FDM taupo pinigus medžiagoms, tačiau su juo neįmanoma pasiekti estetinių pavyzdžių reikalaujamos paviršiaus kokybės. „PolyJet“ technologija pasižymi tokiu pat tikslumu kaip ir stereolitografija, tačiau joje naudojamos unikalios medžiagos, kurios kainuoja brangiau.

Paviršiaus apdaila yra labai svarbi. Pramoniniu SLA 3D spausdintuvu atspausdintas paviršius gali gauti Ra vertes, mažesnes nei 1 µm, o to pakanka daugeliui modelių, kurių nereikia dažyti. Kadangi milteliai nebuvo lydyti, SLS detalės atrodo granuliuotai, todėl jas reikia išlyginti granuliuotu pūtimu arba garinimu. Šis apdailos privalumas sumažina papildomo apdorojimo išlaidas, o tai svarbu apskaičiuojant bendras eksploatavimo išlaidas.

Siekdama išspręsti dažną problemą, „Magforms“ siūlo atvirų medžiagų sprendimus, o ne privačias kasetes. Po bandymų mūsų spausdintuvai gali naudoti kitų įmonių dervas. Tai suteikia pirkimų komandoms daugiau galimybių kontroliuoti išlaidas. Nebūdami prisirišę prie vieno pardavėjo, galite gauti specializuotų formulių, skirtų dantų biologiniam suderinamumui ar apsaugai nuo karščio. Šis metodas skiriasi nuo uždarų ekosistemų, kur medžiagų kaina didina eksploatavimo išlaidas.

Stereolitografija geriau tinka gaminant pagrindinius modelius vakuuminiam liejimui arba investiciniam liejimui, nes formos laikui bėgant išlieka tos pačios. Detalės išlaiko savo standartus net ir po kelių liejimo procesų, tačiau SLS dalys gali slinkti po ilgo įtempimo. Medicininių implantų gamintojai pasikliauja šiuo stabilumu chirurginiams kreiptuvams, kuriuos gydymo metu reikia sulygiuoti milimetrų tikslumu.

Pirkimo aspektai Pramoniniai SLA 3D spausdintuvai

Pramoninio SLA 3D spausdintuvo eksploatacinės medžiagos, darbas ir palaikymas yra bendrųjų eksploatavimo išlaidų, įskaitant pirkimo kainą, dalis. Reikalingas dervos kiekis priklauso nuo detalės masės. Dervos sunaudojimas priklauso nuo detalės geometrijos ir dervos tankio – daugumos fotopolimerų tankis yra artimas 1.0–1.2 kg/l, o grotelių raštų atveju – 60 % mažesnis. Per penkerius metus platformos, naujų vonių ir lazerinio remonto išlaidos dažnai prisideda prie pradinės įrangos įsigijimo kainos.

Startuoliai ir paslaugų įmonės, kurioms reikia valdyti savo pinigų srautus, pavyzdžiui, sudarant lizingo sutartis. Mėnesiniai mokėjimai leidžia sutaupyti pinigų rinkodarai ir medžiagoms sandėliuoti, o remonto paketai su lizingo sąlygomis sumažina prastovų riziką. Įsitvirtinusios įmonės gali pasinaudoti didmeninio pirkimo tarifais. Pavyzdžiui, jei jos užsisako 20 vienetų, gali gauti 15 % nuolaidą kainai ir ilgesnę garantiją.

Techninės pagalbos reakcijos greitis turi tiesioginės įtakos gamybos tęstinumui. „Magforms“ turi regioninius aptarnavimo centrus visoje Šiaurės Amerikoje ir Europoje. Per 48 valandas galime išsiųsti pagalbą į jūsų vietą. Prieš klientui įsipareigojant gaminti, mūsų ekspertų komanda padeda jam pasirinkti tinkamą medžiagą ir išbando ją skirtingose ​​srityse, kad įsitikintų, jog spausdinimo nustatymai yra teisingi. Kita vertus, kai kurie didmenininkai siūlo tik paprastą trikčių šalinimą el. paštu, todėl sudėtingesnės problemos lieka neišspręstos kelioms savaitėms.

Garantijos sąlygas reikėtų atidžiai perskaityti. Yra didelis finansinis skirtumas tarp pagrindinių konstrukcinių garantijų ir išsamios garantijos, apimančios lazerinį remontą, kuris kainuoja 15 000 USD. Mūsų trijų dienų seminaruose apžvelgiama pažangi atramų generavimo ir klijų chemijos tematika, o tai sumažina bandymų ir klaidų skaičių ankstyvuosiuose diegimo etapuose. Mokymo programos padeda operatoriams greičiau įgyti įgūdžių.

„Magforms“ išsiskiria vertikaliai derinamu medžiagų ir įrangos tobulinimu. Mūsų pačių medžiagos yra kalibruojamos panašiems spausdintuvų modeliams. Tai pašalina suderinamumo problemas, kylančias naudojant daugiau nei vieno prekės ženklo spausdintuvus. Ši sinergija padidina sėkmingų pirmųjų spaudinių rodiklį iki 97 %, o tai yra daugiau nei vidutiniškai 85 % pramonėje. Pirkimų komandoms, kurios ieško tiekėjų, tokie veiklos rodikliai reiškia stabilų pristatymo laiką ir reguliarias verslo išlaidas.

Išvada

Derindamas dizaino laisvę su pramoniniu tikslumu, pramoninis SLA 3D spausdintuvas iš esmės pakeičia sudėtingų detalių gamybą. Technologijos gebėjimas gaminti sudėtingas formas neišleidžiant daug pinigų įrankiams pagreitina inovacijų procesą vartotojų, medicinos, karinėje ir automobilių pramonėje. Naudojant kintamą lazerinį skenavimą, išmanųjį darbo eigos projektavimą ir integruotą papildomą apdorojimą, siekiant pagerinti našumą, šios sistemos iš paprastų kūrimo įrankių paverčiamos gamybos ištekliais. Siekiant gauti didžiausią ilgalaikę vertę, renkantis pirkimus reikia atsižvelgti į bendras nuosavybės sąnaudas, tiekėjų palaikymo infrastruktūrą ir materialinės aplinkos atvirumą.

DUK

1. Kuo matmenų tikslumas skiriasi nuo CNC apdirbimo?

CNC staklės gali pasiekti ±0.02 mm tikslumą, tačiau stereolitografijos sistemos gali pasiekti ±0.1 mm tikslumą, kurio pakanka daugumai atitikimo formos ir funkcijos bandymų. Kai CNC sugenda, adityvusis metodas veikia puikiai – vidinės skylės, organinės kreivės ir įpjovos neprideda jokio papildomo darbo ar išlaidų.

2. Kokio tarnavimo laiko galiu tikėtis iš kietojo kūno lazerių?

Pramoniniai SLA 3D spausdintuvai aprūpinti aukštos kokybės kietojo kūno UV lazerių sistemomis, kurios, tinkamai prižiūrimos, paprastai yra skirtos ilgam veikimo laikui, viršijančiam 10 000 valandų. Reguliariai reguliuojant galią, energijos lygis išlieka toks pat, kaip ir detalių amžius. „Magforms“ spausdintuvai turi lazerinį sekimą, kuris praneša darbuotojams, kada našumas nukrenta žemiau idealaus lygio. Tai neleidžia kokybei palaipsniui blogėti laikui bėgant.

3. Ar spausdintos dalys gali atlaikyti lauko sąlygas?

Standartiniai plastikai suyra, kai ilgą laiką yra veikiami UV spindulių. Tačiau UV spinduliams stabilizuotos medžiagos ir apsauginės dangos gali pagerinti patvarumą lauko sąlygomis, nors ilgalaikį aplinkosauginį veiksmingumą visada reikėtų patvirtinti pagreitinto sendinimo bandymais. Jei medžiaga ilgą laiką bus veikiama saulės, rekomenduojame atlikti ASTM G154 sendinimo bandymus, kad įsitikintumėte, jog ji veiks prieš ją naudojant lauke.

4. Kodėl būtinas papildomas kietinimas?

Kai dalys išimamos iš spausdintuvo, jos vis dar yra iš dalies polimerizuotos ir „žalios būsenos“. Po kietinimo UV šviesa užbaigiamas skersinis sujungimas, kuris žymiai pagerina stiprumą ir stabilizuoja šilumines savybes. Praleidus šį etapą, dalys susilpnėja, todėl apkraunamos greitai lūžta.

Bendradarbiaukite su „Magforms“ dėl savo Pramoninis SLA 3D spausdintuvas Poreikiai

„Magforms“ kiekvienam projektui siūlo 22 patentus ir ryšius su daugiau nei 300 įmonių visame pasaulyje. Mūsų pramoninių SLA 3D spausdintuvų tiekėjų tinklą sudaro įmonės Šiaurės Amerikoje, Europoje ir Azijoje. Šiuos tiekėjus remia regioninės ekspertų komandos, kurios žino, kaip patenkinti kiekvienos programos poreikius. Mūsų visiškai integruota medžiagų ir įrangos aplinka panaikina suderinamumo spėliones, o optimizuotos dervų formulės padidina spausdinimo greitį 30 %. Mūsų ekspertai siūlo sprendimus, atitinkančius jūsų gamybos tempą, medžiagų poreikius ir biudžetą, nesvarbu, ar plečiate aptarnavimo centrą, ar pradedate kurti prototipus patys. Norėdami aptarti individualius nustatymus, pavyzdinių dalių peržiūras ar savo finansines galimybes, rašykite mūsų pirkimų ekspertams el. paštu info@magforms.com. Su greita pagalba ir patikrintomis technologijomis mes paverčiame adityviąją gamybą iš įgūdžių stokos konkurenciniu pranašumu.

Nuorodos

1. Gibson, I., Rosen, D. ir Stucker, B. (2021). Priedinės gamybos technologijos: 3D spausdinimas, greitas prototipų kūrimas ir tiesioginė skaitmeninė gamyba (3-iasis leidimas). Springer.

2. Jacobs, PF (2019). Stereolitografija ir kitos RP&M technologijos: nuo greito prototipų kūrimo iki greito įrankių gamybos. Gamybos inžinierių draugija.

3. Chua, CK ir Leong, KF (2020). 3D spausdinimas ir adityvioji gamyba: principai ir taikymas (5-asis leidimas). „World Scientific Publishing“.

4. Ligon, SC, Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M. ir Mülhaupt, R. (2017). Polimerai 3D spausdinimui ir individualiai pritaikytai adityviajai gamybai. Chemical Reviews, 117(15), 10212–10290.

5. Vaezi, M., Seitz, H. ir Yang, S. (2018). 3D mikroadityvių gamybos technologijų apžvalga. Tarptautinis pažangių gamybos technologijų žurnalas, 95, 1281–1304.

6. Ngo, TD, Kashani, A., Imbalzano, G., Nguyen, KT ir Hui, D. (2018). Adityvioji gamyba (3D spausdinimas): medžiagų, metodų, pritaikymo ir iššūkių apžvalga. Kompozitai, B dalis: Inžinerija, 143, 172–196.