Технология быстрой оснастки предлагает производителям более быстрый способ изготовления пресс-форм, штампов, приспособлений, шаблонов и других производственных инструментов.
Он особенно подходит для проверки прототипов, промежуточного производства, мелкосерийного производства и раннего тестирования рынка.
Однако, в зависимости от таких факторов, как требуемый результат, материалы и дизайн изделия, другие методы (например, быстрое прототипирование, традиционные инструменты или программные средства) могут дать более оптимальные результаты.
В данном руководстве изложена концепция технологии быстрого формования и проведено ее сравнение с другими методами производства, призванное помочь инженерам, дизайнерам и отделам закупок в выборе подходящей производственной стратегии.
1. Что Быстрая оснастка?
Технология быстрого изготовления оснастки — это набор производственных методов, используемых для изготовления пресс-форм, штампов, мастер-моделей, приспособлений и другой производственной оснастки со скоростью, превышающей скорость, достигаемую традиционными процессами изготовления пресс-форм.
Быстрое прототипирование позволяет напрямую изготавливать образцы деталей.
Быстрое изготовление пресс-форм.
Завод использует эти пресс-формы для изготовления готовых деталей.
Таким образом, быстрое изготовление пресс-форм способствует созданию прототипов и комплексному серийному производству.
Производители часто используют методы быстрого литья под давлением, вакуумного литья, термоформования, компрессионного формования, литья под давлением и другие процессы, требующие изготовления пресс-форм на заказ.
Команды могут быстро изготавливать инструменты, используя различные материалы или методы.
Выбор зависит от требований проекта:
- алюминий с ЧПУ
- Предварительно закаленная сталь
- Резинка
- Эпоксидная смола
- полиуретан
- Композитные материалы
- 3D-печатные полимеры
- Аддитивное производство металлов
Люди делят быструю обработку информации на два основных типа: прямая быстрая обработка и непрямая быстрая обработка.
Прямая быстрая обработка осуществляется с помощью станков с ЧПУ, аддитивного производства или других методов.
Эти процессы позволяют напрямую изготавливать готовые формы или детали инструментов.
Принцип работы непрямой быстрой обработки отличается. Сначала команда создает мастер-модель или прототип. Затем они используют эту модель для изготовления окончательной формы. Типичными примерами здесь являются силиконовое формование и некоторые методы литья. Быстрое формование не только сокращает время изготовления форм. Его истинное преимущество заключается в объединении разработки прототипа с крупномасштабным производством.
2. Понимание принципов быстрого проектирования оснастки
Грамотная конструкция пресс-формы — залог успеха быстрого прототипирования. Быстрое изготовление пресс-форм ориентировано на быстрое производство. Тем не менее, пресс-форма должна контролировать поток материала, охлаждение, извлечение детали, стабильность размеров, качество поверхности и стабильность выпускаемой продукции. Плохо спроектированные быстроизготавливаемые пресс-формы могут привести к многочисленным дефектам. Это может вызвать облой, вмятины, деформацию детали, неполное впрыскивание, изменение размеров, увеличение времени цикла или преждевременное повреждение пресс-формы.
Вопросы проектирования деталей и DFM-технологии
Проектирование с учетом технологичности производства (DFM) следует проводить до начала быстрого изготовления оснастки.
Инженеры обычно оценивают:
- толщина стенки
- Углы уклона
- Подрезы
- Ребра и выступы
- Угловые радиусы
- Линии разъема
- Расположение литников:
- Расположение штифтов выталкивателя
- усадка
- Чистота поверхности
- Критические допуски
Сложные элементы следует по возможности упрощать, поскольку каждый ползунок, подъемник, вставка или подрез могут увеличить стоимость оснастки и время изготовления.
Таким образом, грамотно спроектированная деталь повышает как эффективность изготовления оснастки, так и качество конечной детали.
Быстрый выбор материалов для оснастки
Команда выбирает материалы для инструмента, исходя из предполагаемого режима производства, используемых материалов для формовки, рабочей температуры, требований к качеству поверхности, допусков на размеры и срока службы инструмента.
Алюминий часто выбирают для изготовления пресс-форм для быстрого литья под давлением.
Рабочие обрабатывают алюминий очень быстро.
Сталь обладает хорошей износостойкостью.
Однако обработка стали обычно занимает больше времени и обходится дороже.
Инструменты, работающие с полимерами, смолами, силиконом и композитными материалами, позволили еще больше сократить сроки и снизить стоимость производства.
Однако эти инструменты обладают относительно низкой прочностью и термостойкостью.
Баланс между скоростью, стоимостью и сроком службы инструмента.
Быстрое проектирование пресс-форм — это, прежде всего, поиск правильного баланса.
К формам, используемым для изготовления сотен испытательных образцов, предъявляются совершенно иные конструктивные требования, чем к формам, используемым для сотен тысяч производственных циклов.
Излишняя прочность или слишком простая конструкция — оба фактора негативно скажутся на производстве.
Команда должна согласовать структуру пресс-формы с фактическими производственными целями.
Это наилучший метод быстрой обработки.
3. Быстрое изготовление оснастки против... Быстрое прототипирование:
Что такое быстрое прототипирование?
Быстрое прототипирование — это технологии, использующие данные САПР для быстрого изготовления физических моделей или прототипов деталей.
К методам быстрого прототипирования относятся:
- SLA-3D-печать
- SLS
- FDM
- МЖФ
- CNC-обработка
- Вакуумное литье
- Другие аддитивные или субтрактивные производственные процессы
Быстрое прототипирование особенно полезно на ранних этапах разработки продукта.
Инженеры могут создавать прототипы, проверять их размеры и функциональность, выявлять проблемы в конструкции, модифицировать модели САПР и быстро выпускать новые версии.
Быстрая оснастка против быстрого прототипирования
Инструментальные материалы
В технологиях быстрого изготовления пресс-форм используются алюминий, сталь, силиконовая смола, эпоксидная смола, композитные материалы и полимеры для печатных инструментов. Быстрое прототипирование реальных образцов деталей. В нем используются конструкционные пластмассы, фотополимеры, порошки, металлы, обрабатываемые пластмассы или материалы производственного класса. Выбор материалов зависит от выбранного процесса.
Объем формования
Когда требуется много одинаковых формованных деталей, лучше подходят быстроизготавливаемые пресс-формы. Быстрое прототипирование подходит для ситуаций, когда для проверки конструкции требуется только один или несколько компонентов. Некоторые методы быстрого прототипирования также позволяют осуществлять мелкосерийное производство.
Экономичность
Быстрое прототипирование позволяет избежать затрат на изготовление пресс-форм на заказ. Оно экономит средства на отдельных компонентах и частых изменениях в конструкции. Быстрое производство требует первоначальных инвестиций в пресс-формы. После изготовления пресс-формы ее можно использовать для производства множества деталей. Следовательно, по мере увеличения общего объема производства стоимость каждой детали также будет снижаться.
Производительность линии
Быстрое прототипирование отлично подходит для частых изменений в конструкции. Инженеры напрямую создают новые детали на основе обновленных CAD-файлов. После стабилизации конструкции быстрое изготовление оснастки может повысить эффективность производства. Пресс-форма позволяет многократно изготавливать детали стабильного качества.
При каких обстоятельствах следует выбирать быстрое изготовление оснастки или быстрое прототипирование?
Выбирайте Быстрое прототипирование когда:
- Дизайн продукта по-прежнему часто меняется.
- Требуется всего один или несколько прототипов.
- Вам необходимо быстро провести тестирование формы, соответствия или функциональности.
- Проверка качества производственных материалов пока не является обязательной.
- Вы хотите избежать инвестиций в оборудование.
Выбирайте быстрая оснастка когда:
- Проект достиг относительно стабильной стадии.
- Требуется несколько одинаковых деталей.
- Детали необходимо изготавливать с использованием реального процесса литья под давлением.
- Необходимо подтвердить эксплуатационные характеристики материала.
- Требуется пилотное производство или рыночное тестирование.
Во многих программах развития эти две технологии скорее дополняют друг друга, чем конкурируют.
4. Традиционная оснастка против быстрой оснастки
На протяжении десятилетий традиционные инструменты были движущей силой крупномасштабного производства. Они обеспечивают высокую точность, длительный срок службы инструмента и стабильный процесс. Но обычно требуют больше времени и затрат, чем быстрая обработка.
Что представляют собой традиционные инструменты?
Традиционная рабочая одежда включает в себя традиционные методы производства.
Заводы используют эти методы для изготовления производственных пресс-форм, штампов, приспособлений и аналогичных компонентов инструментов.
Для литья под давлением производители используют твердую инструментальную сталь для изготовления традиционных пресс-форм.
Они проектируют эти пресс-формы для массового производства.
В производстве могут быть задействованы:
- фрезерные с ЧПУ
- Токарный станок с ЧПУ
- EDM
- Проволока EDM
- Дробление:
- Бурение
- Термическая обработка
- Полировка:
- Сборка и подгонка пресс-форм
Эти пресс-формы могут включать в себя сложные системы охлаждения, направляющие, подъемники, системы горячего литья, сменные вставки и автоматизированные системы выталкивания.
Традиционная оснастка против быстрой оснастки
Инструментальные материалы
В большинстве традиционных пресс-форм используется прочная инструментальная сталь и другие износостойкие материалы. Эти материалы способны выдерживать длительную эксплуатацию. В пресс-формах быстрого изготовления обычно используются алюминий, предварительно закаленная сталь, полимеры или композитные материалы, которые легко обрабатываются. Эти материалы сокращают время, необходимое для изготовления инструментов.
Объем формования
Традиционные пресс-формы подходят для крупномасштабного и долгосрочного производства. Как правило, бригады выбирают быстроизготавливаемые пресс-формы для прототипов, пробных запусков, промежуточного производства, а также для средних и малых партий продукции.
Экономичность
Традиционная технология обработки требует значительных первоначальных затрат. Однако эти затраты распределяются между множеством компонентов, что делает её дешевле при массовом производстве. Начальные затраты на быструю обработку обычно невелики. Этот метод очень эффективен, когда общий объём заказа слишком мал, чтобы покрыть стоимость всей производственной пресс-формы.
Производительность линии
После начала производства хорошо спроектированный традиционный инструмент может обеспечить стабильный цикл, поддержку автоматизации и надежную долгосрочную производительность. Инструменты быстрого изготовления могут помочь проектам продвигаться быстрее на ранних этапах. Производители могут быстро изготавливать пресс-формы и еще быстрее запускать производство.
При каких обстоятельствах следует выбирать между традиционным и быстроизготавливаемым инструментом?
Выбирайте традиционные инструменты в следующих случаях:
- Спрос стабильный и высокий.
- Проект завершен.
- Требуется длительный срок службы инструмента.
- Планируется автоматизированное серийное производство.
- Приоритетом является низкая себестоимость единицы продукции при больших объемах производства.
Выбирайте быстродействующие инструменты в следующих случаях:
- Время выхода на рынок имеет решающее значение.
- Объем производства ограничен.
- Внесение изменений в дизайн еще возможно.
- Требуется опытно-промышленный производство.
- Стоимость полномасштабного производственного инструмента пока не оправдана.
Технология быстрого изготовления оснастки особенно ценна в качестве промежуточной оснастки, позволяющей начать производство, пока еще разрабатываются долговечные производственные пресс-формы.
5. Мягкая оснастка против быстрой оснастки
Технология быстрого изготовления оснастки описывает цель быстрого производства оснастки. Технология мягкого изготовления оснастки описывает инструменты, изготовленные из относительно менее прочных или более простых в обработке материалов.
Что такое мягкий инструмент?
Технология мягкой оснастки предполагает использование относительно гибких или менее прочных материалов для быстрого и экономичного изготовления пресс-форм и вспомогательных производственных элементов.
К распространенным мягким инструментальным материалам относятся:
- Резинка
- полиуретан
- Эпоксидная смола
- Композиты из стекловолокна
- Некоторые алюминиевые сплавы
- 3D-печатные полимеры
Мягкая оснастка против быстрой оснастки
Инструментальные материалы
В мягких формах в основном используются силикон, смолы, композитные материалы и полимеры. Эти материалы очень просты в обращении. В быстроизготавливаемых формах можно использовать те же материалы. Они также применимы для обработки алюминия или стали на станках с ЧПУ. Таким образом, быстроизготавливаемые формы охватывают более широкий спектр производственных возможностей.
Объем формования
Мягкие пресс-формы подходят для мелкосерийного производства. Этот инструмент быстро изнашивается. Металлическая пресс-форма быстрого формования имеет больше циклов. Точное количество зависит от материала, конструкции пресс-формы, формовочной смолы, формы детали, температуры и настроек процесса.
Экономичность
Первоначальные затраты на мягкие инструменты очень низкие. Стоимость быстрой обработки металла на начальном этапе относительно высока. Она становится более экономически выгодной, когда требуется изготовление дополнительных деталей.
Производительность линии
Эта команда может очень быстро изготавливать мягкие инструменты. Она очень эффективна для мелкосерийного производства. Изготовление быстросборных форм из алюминия или стали занимает больше времени, но обеспечивает лучшую стабильность, тепловые характеристики и более высокую производительность.
При каких обстоятельствах следует выбирать между мягкой и быстрой оснасткой?
Выбирайте мягкая оснастка когда:
- Требуется лишь небольшая партия.
- Бюджет на оснастку крайне ограничен.
- Геометрия изделия может еще измениться.
- Требуется очень быстрое изготовление оснастки.
- Первоочередной задачей является литье или изготовление прототипов.
Выбирайте быстрая оснастка с использованием металлических пресс-форм когда:
- Требуется более высокая воспроизводимость.
- Ожидается увеличение количества производственных циклов.
- Необходимо провести тестирование материалов, используемых для литья под давлением.
- Точность размеров имеет важное значение.
- Планируется пилотное или опытное производство.
6. Жесткая оснастка против быстрой оснастки
В производстве жестких пресс-форм основное внимание уделяется долговечности и стабильному долгосрочному производству. Компания Rapid Tools отдает приоритет быстрой доставке пресс-форм и гибкой разработке продукции.
Что сложно? Инструменты?
К прочной оснастке относятся пресс-формы, штампы, приспособления и производственные механизмы. Инженеры проектируют их для множества производственных циклов в течение длительного периода времени. Обычно используются такие материалы, как закаленная сталь, инструментальная сталь, никелевые сплавы и другие износостойкие материалы.
Эти инструменты подвергаются повторяющимся механическим воздействиям, перепадам температуры, давлению и износу материала. Поэтому производителям необходимо тщательно обрабатывать их и проводить поверхностную обработку.
Жесткая оснастка против быстрой оснастки
Инструментальный материал
В производстве твердого инструмента преимущественно используются прочные металлические материалы, такие как закаленная инструментальная сталь.
Для быстрого изготовления оснастки могут использоваться алюминий, предварительно закаленная сталь, более мягкие металлы, полимеры, смолы или композитные материалы.
Объем формования
Жесткая оснастка предназначена для длительного крупносерийного производства.
Технология быстрого изготовления оснастки широко используется для небольших объемов производства, инженерной проверки, опытного производства и изготовления мостов.
Эффективность затрат
Для приобретения дорогостоящего инструмента требуются более значительные первоначальные инвестиции.
Однако при достаточно больших объемах производства более длительный срок службы может снизить стоимость оснастки на одну деталь.
Технология быстрого изготовления оснастки имеет более низкие начальные затраты и снижает финансовые риски в условиях неопределенности будущего спроса.
Производительность линии
Использование твердого инструмента может обеспечить превосходную эффективность производства после налаживания массового производства.
Быстрое внедрение оснастки обеспечивает большую эффективность на этапе вывода продукции на рынок, поскольку производство может начаться раньше, а модификации оснастки, как правило, проще осуществить.
При каких обстоятельствах следует выбирать между твердосплавными и быстроизготавливаемыми инструментами?
Выбирайте твердая оснастка когда:
- Продукт будет запущен в стабильное серийное производство.
- Ожидаются очень большие объемы производства.
- Длительный срок жизни плесени имеет важное значение.
- Необходима строгая стабильность технологического процесса.
- Изменения в оснастке маловероятны.
Выбирайте быстрая оснастка когда:
- Спрос неопределен.
- Производство должно начаться как можно скорее.
- Внесение инженерных изменений по-прежнему возможно.
- Предпочтительнее меньшие инвестиции.
- Проект переходит от стадии прототипа к серийному производству.
7. 3D печать против быстрого изготовления оснастки
3D-печать произвела революцию в разработке продукции, позволив изготавливать сложные физические компоненты непосредственно из цифровых проектов без использования специальной оснастки.
Что такое 3D-печать?
3D-печать, также называемая аддитивным производством, создает физические детали путем послойного добавления материала в соответствии с цифровой 3D-моделью.
К распространенным процессам относятся:
- FDM
- SLA
- SLS
- МЖФ
- DLP
- Плавка металлического порошка в слое
В отличие от литья под давлением, 3D-печать обычно не требует использования пресс-формы. Это позволяет инженерам переходить непосредственно от проектирования в САПР к изготовлению физических деталей.
Таким образом, сложные внутренние каналы, легкие решетчатые конструкции, нестандартные геометрические формы и компоненты, выпускаемые в малых объемах, могут быть изготовлены без использования традиционной оснастки.
3D-печать против быстрого изготовления оснастки
Инструментальный материал
Как правило, при 3D-печати конечный компонент изготавливается непосредственно из полимера, смолы, нейлона, металлического порошка или других материалов, пригодных для печати.
Технология быстрого изготовления оснастки предполагает создание пресс-формы или инструмента из алюминия, стали, смолы, силикона, полимеров или композитных материалов. Затем эта пресс-форма используется для производства готовых деталей.
Объем формования
3D-печать особенно привлекательна для изготовления отдельных компонентов, изделий на заказ, прототипов и мелкосерийного производства.
Технология быстрого изготовления оснастки становится более привлекательной, когда требуется большое количество идентичных деталей.
Эффективность затрат
3D-печать устраняет необходимость в изготовлении пресс-форм, что делает ее экономически выгодной при печати очень малых объемов.
Однако для каждого компонента сохраняются затраты времени и материалов на печать.
Для быстрого изготовления оснастки требуются первоначальные инвестиции в пресс-форму, но после того, как пресс-форма станет доступна, многократное литье может значительно снизить стоимость детали по мере увеличения объемов производства.
Производительность линии
3D-печать позволяет мгновенно вносить изменения в конструкцию, поскольку инженеры просто обновляют цифровую модель и печатают следующую деталь.
Для быстрого изготовления оснастки требуется модификация пресс-формы при изменении конструкции.
При каких обстоятельствах следует выбирать 3D-печать или быстрое изготовление оснастки?
Выбирайте 3D печать когда:
- Для работы требуется всего несколько компонентов.
- Изменения в дизайне происходят часто.
- Требуется очень сложная геометрия.
- Индивидуальный подход важен.
- Вам следует избегать вложений, связанных с плесенью.
- Главным приоритетом является скорость создания прототипа.
Выбирайте быстрая оснастка когда:
- Требуется от десятков до сотен или даже больше идентичных деталей.
- Необходимо провести оценку материалов для литья, предназначенных для промышленного применения.
- Качество поверхности и воспроизводимость процесса имеют важное значение.
- Характеристики литья под давлением необходимо подтвердить.
- Начинается опытно-производственное производство.
8. Почему выбрать N?ОБЛЕ Как ваш быстрая оснастка любой сложности
NOBLE — это китайско-британское совместное предприятие, удостоенное правительством звания «Национальное высокотехнологичное предприятие». У нас два основных направления деятельности: «Интеллектуальное производство» и «Товары для ухода». Подразделение «Интеллектуальное производство» специализируется на предоставлении клиентам услуг по поддержке проектов , включая механическую обработку и производство деталей.
Более 10 лет профессионального опыта в производстве и быстром прототипировании. Наша эффективная команда оказывает мощную поддержку вашим новым проектам, обеспечивая 100% реализацию ваших требований; стандартизированное управление обеспечивает строгий контроль качества деталей и продукции; рациональный рабочий процесс позволяет снизить затраты при том же качестве.
После многих лет упорной работы и развития компания NOBLE постепенно трансформировалась из предприятия по обработке и производству прецизионных деталей с полным комплексом услуг по поддержке производственной цепочки в сервисно-ориентированное предприятие, оказывающее всестороннюю поддержку проектам своих клиентов.
NOBLE — это ваше надежное комплексное решение для индивидуального производства, от проектирования прототипов до изготовления продукции. Мы используем огромные производственные ресурсы, подходящие технологии, оптимизированные процессы, экспертную поддержку и безупречный контроль качества, чтобы воплотить ваши идеи в реальность.
Компания NOBLE имеет следующие квалификационные сертификаты:
ISO 9001:2015 – Надежная система управления качеством для общего производства. Последовательные процессы. Документированный контроль. Прослеживаемая инспекция.
ISO 13485:2016 – Более строгие стандарты качества для деталей медицинских изделий. Тщательная валидация процессов. Полная прослеживаемость. Требуется для имплантируемых и хирургических деталей.
9. Заключение
Ускоренная обработка позволяет достичь баланса между скоростью, стоимостью и производственной мощностью.
По сравнению с быстрым прототипированием, традиционными инструментами, программными и технологическими инструментами, а также 3D-печатью, инструменты быстрого прототипирования предлагают практичный вариант. Команда использует их для контроля качества прототипов, промежуточного производства и мелкосерийного и средне- и мелкосерийного производства.
Окончательный выбор зависит от стабильности конструкции, объема производства, бюджета, требований к материалам и ожидаемого срока службы пресс-формы. Производитель выбирает правильную схему пресс-формы для каждого этапа разработки. Это снижает затраты, сокращает сроки поставки и повышает общую эффективность производства.
10. Часто задаваемые вопросы
1. Какие ключевые риски следует предотвращать при применении технологий быстрого изготовления оснастки для производства компонентов медицинского назначения?
Риск несовместимости материалов и нестабильного качества поверхности пресс-формы; необходимо заранее проверить пригодность медицинского материала и провести строгий осмотр поверхности пресс-формы.
2. Можно ли модифицировать пресс-формы для быстрого изготовления оснастки, чтобы переключаться между различными вариантами продукции?
Частичная модификация достижима, но масштабные структурные изменения нерентабельны; конструкция с использованием вставок облегчает последующие корректировки.
3. Как определить, подходит ли проект для непосредственного быстрого создания оснастки вместо предварительного итеративного прототипирования?
Оценивайте процесс, исходя из стадии разработки конструкции, целевого размера партии и требований к материалам; выбирайте быстрое изготовление оснастки, если основная конструкция уже задана и требуется от десятков до сотен деталей.
4. Какая постобработка необходима для деталей, изготовленных методом быстрой оснастки?
Удаление заусенцев, полировка поверхности и контроль размеров; медицинские детали дополнительно нуждаются в проверке чистоты и биосовместимости.
5. Как изменяется время выполнения заказа на быстрое изготовление оснастки в зависимости от сложности детали?
Сложные подрезы и скользящие конструкции увеличивают время выполнения заказа; упрощение некритичных элементов сокращает время изготовления инструмента.
