Industrieller 3D-Druck für die Produktion von Teilen

3d Drucken
Jack Lüge Experte für CNC-Bearbeitung

Auf etwas spezialisiert sein CNC-Fräsen, CNC-Drehen, 3d Drucken, Urethanguss, und Blechbearbeitung Dienstleistungen.


3d Drucken Zu den führenden Fertigungsverfahren gehört auch ein additives Verfahren, paradox zur CNC-Bearbeitung, ein subtraktives Verfahren. Nachdem das Klischee, nur ein „Prototyp“ zu sein, verweilt, hat sich der industrielle 3D-Druck zu einem geeigneten Herstellungsverfahren entwickelt. Es umfasst hauptsächlich die industrielle Herstellung verschiedener Produkte wie Kabinenhalterungen des Airbus A350, Brustkorbersatz, Kraftstoffdüsen für das Sprungtriebwerk von General Electric, LED-Leistungsanzeigegehäuse für Roboter und patientenspezifische Hörgeräte.

Grundregeln des industriellen 3D-Drucks

Der 3D-Druck ist das bekannteste und zuverlässigste Verfahren zur Herstellung von Prototypen, die verwendet werden, um die 100%-Gültigkeit des gewünschten Produkts sicherzustellen. Aber jetzt geht der Prozess des Prototypings weit über das begrenzte Konzept des Prototypings hinaus. Es ist zu einem richtigen Herstellungsverfahren geworden, das ultimativen Komfort für die Herstellung von Produkten in kleinen Stückzahlen bietet, insbesondere dort, wo Spritzgussformen nicht gerechtfertigt sind. In der Zwischenzeit kann das Prototyping die Komplexität des Teils besser berücksichtigen als die maschinelle Bearbeitung. Hier werden wir also die grundlegenden Regeln und Informationen für den industriellen 3D-Druck diskutieren.

1. Technologie 

Typischerweise handelt es sich dabei um drei additive Fertigungsverfahren wie Stereolithographie (SLA), direktes Metall-Lasersintern (DMLS), und Selektives Lasersintern (SLS). Alle diese Technologien sind auf die Art ihrer Arbeit spezifiziert. Beispielsweise ist DMLS sehr gut für Endanwendungen geeignet. Auf die gleiche Weise sind SLS und SLA auch bei verschiedenen Anwendungen, einschließlich Kleinserien-Endverbrauchsteilen und prototypenzentrierten Prozessen, voll wirksam.

2. Materialauswahl 

Beim Prototyping verschiedener Teile stehen rund zwei Dutzend 3D-druckbare Pulver und Harze zur Verfügung, die die Eigenschaften besitzen, die für verschiedene mechanische und elektrische Komponenten erforderlich sind. Viele Teile für den Endverbrauch können aus glasfaserverstärktem Nylon bis hin zu Kobaltchrom hergestellt werden, was zu geringeren Kosten und längerer Haltbarkeit führt.

3. Wichtige Überlegungen zum Design 

Manchmal kann es einen minimalen Unterschied zwischen einem Prototypdesign und einem Modell geben, das die Fähigkeit besitzt, jahrelang zu dienen. Hier kommt die wahre Stärke des 3D-Drucks zum Tragen, der diesen kleinen Unterschied zum Prototyp eliminiert und ihn zu einem richtig funktionsfähigen Design macht komplexes Design und organische Formen. Mit herkömmlichen Fertigungsverfahren wie CNC-Bearbeitung und Spritzguss ist so viel Flexibilität jedoch sicher nicht möglich.

4. Menge der Produktion 

Die Ermittlung der Produktionsmenge ist ein wesentlicher Bestandteil des Konstruktionsprozesses. Technisch gesehen ist der 3D-Druck nur für die Kleinserienproduktion geeignet, sodass die genaue Menge bekannt sein muss, die für Endprodukte benötigt wird. Dennoch ist es eine Tatsache, dass 3D-gedruckte Teile im Vergleich zu alternativen Herstellungsverfahren am kostengünstigsten sind.

Entscheidungen zum direkten Metall-Lasersintern

Ob DMLS oder jedes andere Verfahren, die Wahl hängt vom Material und seinen daraus resultierenden Eigenschaften ab. Angenommen, das Material ist Metall wie Aluminium, Edelstahl oder Titan. DMLS scheint eine geeignete Option zu sein. Gleichzeitig ist DMLS an der Herstellung vieler Teile beteiligt, die in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden medizinische Industrie. Wegen der Bedenken hinsichtlich der Verwendung von Metallpulver in DMLS arbeiten Experten nun mit Kunden zusammen, um die Schlupflöcher zu beseitigen, die durch die Verwendung von Metallpulver entstehen.

Darüber hinaus ist Metall am besten für die Herstellung von Endverbrauchsteilen geeignet. Es bedeutet jedoch nicht, dass DMLS ein insgesamt geeignetes Verfahren zur Herstellung dieser Teile für den Endverbrauch ist. DMLS beinhaltet die Verwendung eines leistungsstarken Lasers zum Verschmelzen und Schmelzen der Metallpartikel, um mithilfe von Schichten die gewünschte Form zu bilden. Während dieses gesamten Prozesses ist extreme Hitze erforderlich, um die Metallpartikel zu schmelzen. Dieser Faktor führt zu der Notwendigkeit, eine gerüstähnliche Stützstruktur zu verwenden, um Locken und Wickel zu halten. Sie werden wahrscheinlich entfernt, sobald der Prozess aufgebaut ist, was den Prozess weniger kosteneffektiv macht.

Auswahl des Selektiven Lasersinterns (SLS)

Direktes Metall-Lasersintern ist das bekannteste und zuverlässigste Verfahren zur Herstellung von Kleinserien- und Endverbraucherteilen ohne jegliche Argumente. Aber selektives Lasersintern ist ein enger Konkurrent der DMLS, während er auf der zweiten Nummer steht. Vom Arbeitsprozess her ähnelt es dem DMLS. Beide Ansätze verwenden eine hohe Wärmemenge, um das Material Schicht für Schicht in einem Pulverbett zu schmelzen, um die gewünschte Form zu bilden.

Da Kunststoff zum Schmelzen weniger Wärme benötigt, sind Stützstrukturen wie Locken und Umwicklungen unnötig. Es macht es zu einem ziemlich einfachen Prozess, das gesamte Volumen der Baukammer voll auszunutzen. Es vereinfacht auch verschiedene Prozesse (Teileeinrichtung und Nachbearbeitung), die die Gesamtkosten des Prozesses reduzieren. Die einzige Einschränkung, der das SLS gegenübersteht, ist seine Kompatibilität mit Kunststoffen der Nylonfamilie. Andererseits sind fasergefüllte und Glasmaterialien verwendbar. Im Gegensatz zu DMLS kann SLS eine Schicht bilden, deren Dicke 0,0004 Zoll beträgt.

Andere Überlegungen für SLS

Wenn eine zusätzliche Endbearbeitung des mit SLS hergestellten Teils erforderlich ist, wird ungefülltes Nylon verwendet, um die Anforderungen zu erfüllen. Im Gegensatz dazu ist gefülltes Nylon eine geeignetere Anwendung für Zahnräder und Riemenscheiben. Die Verwendung von Nylon in der medizinischen Industrie ist ebenfalls überwältigend, da es den Prozess des Autoklavierens aufrechterhalten kann. Ebenso sind die aus Nylon hergestellten Teile hygroskopisch und porös, wodurch sie für feuchte Bedingungen am wenigsten geeignet sind. Abgesehen davon wird Nylon häufig im Spritzguss verwendet. Folglich bietet Nylon in SLS eine potenzielle Lösung für die Herstellung von Produktionswerkzeugen, von denen erwartet wird, dass sie eine bestimmte Laufzeit erfüllen oder es verdienen, mit geringeren Kosten gebaut zu werden.

Unterschätzen Sie nicht die Bedeutung von SLEIN

Es ist eine anerkannte Tatsache, dass Stereolithographie war ausschlaggebend Rapid-Prototyping. Der Grund für den Erfolg von SL als zuverlässiges und wertvolles Verfahren liegt darin, dass es sehr genaue und fein produzierte Teile bietet. Dennoch ist es nicht für die Herstellung von Endverbraucherteilen geeignet. Üblicherweise wird bei SL ein photohärtendes Harz verwendet, das bei längerer Einwirkung von UV-Licht mit UV-Licht reagiert. Diese Einwirkung von UV-Licht führt zu einer Bewegung des Teils und einer Materialverschlechterung.

Wenn diese Endverbraucherprodukte jedoch in ein leichtes, mit Keramik gefülltes Nickel eingeschlossen sind, werden sie steinhart und stabil, um viele Jahre lang ihre Dienste zu leisten.

Vorteile von 3D-Druckverfahren

Die globale Marktgröße des 3D-Drucks wird voraussichtlich bis 2028 $62,79 Milliarden erreichen. Dieses schnelle Wachstum zeigt deutlich die umfassenden Vorteile verschiedener Verfahren im Zusammenhang mit dem 3D-Druck. Im Folgenden sind die wesentlichen Vorteile aufgeführt, die die verschiedenen Techniken des 3D-Drucks bieten:

  • Es bietet Rapid Prototyping, das schnell ein physisches Modell des kommenden Produkts liefert.
  • Es bietet mehr Flexibilität in der Gestaltung und Montagevereinfachung.
  • Mittels 3D-Druck hergestellte Teile sind größtenteils leicht und stabil.
  • Der Abfall ist bei subtraktiven Herstellungsverfahren massiv, nicht jedoch beim 3D-Druck.
  • Kostengünstiger für die Produktion von Teilen, die in kleinen Stückzahlen benötigt werden.

Fazit

Unabhängig vom Verfahren, das für den 3D-Druck verwendet wird, ist der wichtigste Faktor, die Komplexität des Teils zu berücksichtigen. Es sollte nur der Prozess gewählt werden, der geeignet ist, dieses Komplexitätsniveau zu erfüllen. Dieser Schritt bietet Benutzern endloses Potenzial zur Produktverbesserung. Da Experten daran interessiert sind, den 3D-Druck für verschiedene Endanwendungen zu erforschen, ist das Wachstum des 3D-Drucks und seiner Fähigkeiten unvermeidlich.