Европейский взгляд на аддитивное производство и изготовление пресс-форм

Зарубежные бизнес-модели и способы применения АП (аддитивного производства,  Additive Manufacturing,  AM) металлических изделий обещают улучшения и в европейской индустрии адиттивного производства и изготовления пресс-формы. Ассоциация машиностроения ( VDMA ) прогнозировала на своей январской пресс-конференции, что у сектора инструментов и литейного производства в Германии будет очень позитивный год. Средний оборот увеличился на 8 процентов в 2018 году по сравнению с предыдущим годом.

Тем не менее, Марко Шюлкен, председатель подразделения VDMA по производству инструментов, заявил, что его беспокоит несправедливая деловая практика со стороны некоторых крупных клиентов в этом секторе, которая вызвала «кровоизлияние в немецких инструментальных и литейных цехах». Это кровоизлияние включает в себя  предварительное финансирование конкретных клиентов. проекты, огромные скидки на существующие контракты для обеспечения контрактов на продление и задержки в утверждении плесени в качестве причины для работы с инструментами, которые еще не оплачены. С другой стороны, экспорт инструментов и пресс-форм был очень позитивным в 2018 году, Schülken говорит, что США остаются крупнейшим экспортным направлением, увеличившись на 20 процентов в прошлом году. Из-за ситуации между США и Мексикой экспорт сократился на 15 процентов одновременно.

Эти цифры показывают, что немецкие технологии и инструменты все еще востребованы, но когда дело доходит до инноваций, пробуя новые вещи и оставляя проверенный путь, немецкие компании отстают от американских компаний, говорит эксперт по аддитивному производству (AM) Марк Димтер из Трампф в Дитцингене. «Компаниям здесь нравятся новые технологии, включая производство добавок», — говорит он. «Но американцы гораздо более авантюрны в этом отношении. Мой коллега Кристоф Дёрр изучает рынок литья под давлением в США, поскольку конформное охлаждение (которое можно реализовать с помощью AM) гораздо чаще встречается в этом секторе промышленности, чем здесь, в Европе ».

Он также отмечает, что клиенты в США требуют конформного охлаждения, в то время как немецкие компании покупают эти пресс-формы и умирают у США, потому что эти магазины сделали себе имя, когда речь идет о высокопроизводительных инструментах на основе конформного охлаждения. Однако есть интересные новые разработки и приложения, развивающиеся и здесь, в Европе.

Конформное охлаждение — изменение правил игры

Конформное охлаждение, безусловно, является основным приложением аддитивного производства в изготовлении пресс-форм, поскольку оно может улучшить путь потока, минимизировать искажения и сократить время цикла на целых 40 процентов.

Об этом знает Жоао Фраде, менеджер по производству пресс- форм Erofio в Португалии. «Наибольший потенциал для повышения качества и скорости деталей лежит на металлических 3D-печатных пресс-формах с конформным охлаждением. Охлаждение деталей в пресс-форме является наиболее трудоемкой частью процесса литья пластмасс под давлением », — говорит он. Компания первой в Португалии запустила линейный лазерный станок M3 от Concept Laser, который предлагает клиентам возможность интегрировать сложные конформные каналы охлаждения в свои формы. «Я верю в работу машин с одним лазером, так как здесь меньше тепла и меньше коробления», — говорит Фраде. «Это выгодно для разработки инструментов с конформным охлаждением, потому что клиенты и инжекционные формовщики очень выигрывают от этого»

Тем не менее, добавляет он, в то время как решения для конформного охлаждения могут значительно снизить общую стоимость производства за счет сокращения времени цикла пресс-формы, они также требуют сложной конструкции пресс-формы. «Покупка машины не только позволяет производить полезные вкладыши. Во-первых, вы должны иметь квалифицированного и опытного технолога или инженера в штате для проектирования и запуска процесса печати металла. Это не вычитающая обработка, и она требует совершенно другого набора навыков. Без этого усилия в лучшем случае обречены на разочарование », — говорит Фраде. «Кроме того, вы должны помнить, что существуют значительные первоначальные затраты, которые могут оправдать инвестиции, только если в готовый продукт встроен достаточный объем деталей или высокая маржа».

АП (AM) – это больше, чем просто машины

На рынке существует пробел для специализированных подрядных компаний, которые поставляют пресс-формы производителям деталей АП, потому что для AM есть нечто большее, чем просто машина для 3D-печати. Магазины должны спросить о требованиях к вспомогательному оборудованию, постобработке, обработке порошка, квалификации металлических деталей и безопасности.

Компания Protiq , поставщик услуг промышленной 3D-печати, имеет ответ на все эти вопросы, и ее генеральный директор Ральф Гертнер видит большой потенциал в предоставлении этой услуги клиентам, в том числе и в секторе литья под давлением. «Нам все еще нужно убедить многие компании «мыслить аддитивно» и применять аддитивные технологии для производства, например, конформных каналов охлаждения, которые обеспечивают короткое время цикла и высококачественные детали», — говорит он. «Однако многие компании пытаются перевести обычные технологии, такие как фрезерование, сверление и шлифование в АП, что не работает. Тебе нужно думать аддитивно. Вам необходимо проектировать детали с учетом возможностей, которые предлагает технология AM».

В отличие от обычного производства, именно дизайн определяет производственный процесс в AП. Например, пресс-формы с оптимизированным весом, которые включают внутренние структуры и функции, могут быть на 75 процентов легче, чем обычные пресс-формы с использованием стандартных пластин, деталей и механически обработанных вставок и стержней.

«Мы можем изготовить максимально оптимизированные литьевые формы, которые легки, тонки и изготавливаются за короткое время, которое требовалось при изготовлении инструмента путем фрезерования», — объясняет Гертнер. Он использует оптимизацию топологии и моделирование для создания форм, чтобы убедиться, что конформные каналы охлаждения находятся в правильном месте и используется минимальное количество материала. «Мы сэкономили около 25 процентов производственного времени, чтобы изготовить эту пресс-форму, главным образом потому, что многие функции уже интегрированы в пресс-форму во время процесса AM, которые не нужно монтировать и собирать после процесса обработки. Благодаря продолжительности цикла 3,2 секунды эта форма является одной из самых быстрых, которые мы когда-либо создавали».

Установление партнерских отношений

Для Димтера идея аутсорсинга AM и создания сети среди компаний, которые преуспели в различных аспектах технологий, является жизнеспособным вариантом. Тем не менее, он также видит растущий спрос на все больше автоматизированных процессов и интегрированных цепочек процессов, что все больше смещает технологию AM в основной бизнес производителей инструментов и пресс-форм.

Основанная в Германии компания Toolcraft достигла именно этого. Компания работает на машинах Trumpf, EOS и Concept Laser (всего их восемь) и создала цепочку цифровых процессов, которая является последовательной и отслеживаемой на всех этапах процесса. Это очень важно для компании, которая производит не только инструменты и пресс-формы, но и аэрокосмические детали, для которых они сертифицированы NADCAP для неразрушающего контроля (NDT). «Внедрив одно программное обеспечение, Siemens NX, мы смогли избавиться от изолированных 3D-принтеров и четырех различных пакетов программного обеспечения с многочисленными интерфейсами и форматами», — говорит генеральный директор Кристоф Хаук. «Мы тесно сотрудничаем с нашими партнерами, включая Siemens, что имеет первостепенное значение для нашего успеха».

«Использование одного программного обеспечения для проектирования, оптимизации топологии и FEM для проверки конструкции также помогло перепроектировать инструмент пресс-формы клиента», — объясняет он. Конструкция пресс-формы аналогична конструкции, описанной Protiq, описанной выше, где полностью перерабатывается конструкция пресс-формы. Вместо простого добавления конформных охлаждающих каналов к вкладышам формы, эта форма дополнительно разработана с использованием меньшего количества материала и стандартных деталей и пластин в качестве обычных инструментов. По данным Toolcraft, пресс-форма на 50 процентов легче оригинальной конструкции клиента, что означает меньшее энергопотребление в процессе литья под давлением, сокращение циклов на 30 процентов и ускорение производства при сохранении затрат на прежнем уровне.

В то время как более крупные компании, такие как Toolcraft или внутренние инструменты и мастерские по изготовлению пресс-форм, обслуживающие, в основном, свою материнскую компанию, могут иметь более гибкий предел прибыли, дополнительные затраты действительно являются проблемой для обычного мелкого и среднего производителя пресс-форм.

«Производители пресс-форм действительно рады конформному охлаждению», — говорит Димтер. «Но очень часто это не окупается. Напротив, производитель пресс-форм должен гарантировать количество выстрелов; он несет риск, и он не может извлечь выгоду из внедрения технологии 3D. Это его клиент, литьевой пресс, который выигрывает, но если магазин зависит от крупного OEM-производителя, он задается вопросом, кто заплатит ему накладные расходы за высокопроизводительный инструмент. Поэтому, как производитель пресс-форм, вы должны сначала убедить клиента. Во времена высокого ценового давления и экономических опасений готовность инвестировать еще больше денег в оптимизированный инструмент уменьшается. В конце концов, инвестиции окупаются только после нескольких месяцев производства ».

Другие направления применения АП

Помимо создания интеллектуальных конформных каналов охлаждения, Metal AM предлагает различные возможности для улучшения или изобретения новых функций, интегрированных в формы и инструменты. Они могут иметь геометрическую природу (полости и каналы, а также ячеистые структуры, в основном используемые для охлаждения), основанные на материалах (возможность использования материалов, которые не могут быть обработаны или обработаны с использованием обычных методов обработки) и интегрированные функции (интеграция датчиков, приводы и электрические функции), а также ремонт пресс-форм (сменные стержни могут быть напечатаны в течение ночи или в течение нескольких дней).

Например, компания Hofmann из Лихтенфельда, специализирующаяся на производстве инструментов и пресс-форм (именно там и родилась компания Concept Laser), производит пневматические инжекторы для выталкивания деталей без механических компонентов с помощью пористых микроструктур, изготовленных методом аддитивного производства, и эластичных линий разделения для уплотнений сталь-на-стали. , которые трудно реализовать для материалов с низкой вязкостью, таких как полиуретан.

В то время как наиболее распространенными и подходящими процессами для пресс-форм и их специфическими потребностями и применениями являются процессы на основе порошкового слоя, где металлический порошок либо селективно спекается в слоях с помощью лазерного луча (LBM), либо локально плавится с помощью движущегося электронного луча (EBM), существуют альтернативные процессы.

Например, Hermle предлагает процесс нанесения металлического порошка (MPA), который сочетается с пятиосевой обработкой на одном станке. В отличие от многих других аддитивных технологий, MPA не использует лазеры. Вместо этого металлический порошок наносится на подложку через газ-носитель через сопло де Лаваля. Расслоение происходит просто за счет пластической деформации при ударе частиц. В этом процессе ни частицы порошка, ни подложка не являются расплавленными. Согласно Hermle, это приводит к сравнительно низкому натяжению конструкции и почти не деформирующимся компонентам.

По словам представителей компании, производство инструментов и пресс-форм для литья пластмасс под давлением является областью применения, в которой MPA может полностью продемонстрировать свои сильные стороны. Здесь время цикла может быть значительно сокращено благодаря умелому использованию конформных каналов охлаждения, говорит Хермл. Кроме того, в жаропрочных сталях, часто используемых для компонентов пресс-формы, материал после термообработки на 100% непроницаем, а функциональная поверхность литьевой формы может быть даже отполирована до блеска (согласно ISO 4287, измеренная глубина шероховатости Rz = 0,1 мкм, среднее значение шероховатости Ra = 0,005 мкм).

Благодаря этому внедрение AM становится возможным даже при самых высоких требованиях к гладкости поверхности, говорит Хермл. Конкретные применения можно найти, например, в производстве отражателей и элементов крышки фар для автомобилей, где нельзя допускать дефектов поверхности из-за образования рассеянного света.

источник https://www.moldmakingtechnology.com/blog/post/a-european-view-on-am-rethinking-injection-molds