【IndustryWeek干货】数字化成型技术使3D打印达到六西格玛可重复性标准

国际金属加工网 2018年08月23日

新的创新使3D打印机可以如同其他生产制造设备一样,更长时间运行并具有不逊色的重复性

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多年来,3D打印解决方案取代了部分工艺,也扩展了许多传统工艺。创建夹具与固定装置、更快速的交付原型及定制义肢、提供短期需求的按需定制部件是体现3D打印价值的几种方法。

据Wohler’s Report所述,这些方面的应用也是3D打印行业在2017年增长21%的原因。3D打印的使用在不断增长,越来越多企业发现增材制造能够降低运营成本、提高生产效率以及提供更具耐久性的产品。

直到最近,有一个重要的标准还没被用于3D打印的计量-生产运行可重复性。3D打印极大节省成本,通过性能极佳的材料,为创建复杂和充满想象力的部件提供了新方式。然而,还是输入调节打印设置和全面生产运行能力。现在这种能力正随着数字化成型的发展而不断变化。

数字化成型是3D打印的下一个发展方向。通过已被证明的可重复性来为基于工模具的热塑性塑料成型生产提供快速解决方案。新型的先进3D打印机将如同其他生产制造设备一样,提供更长运行时间和且具有不逊色的可重复性。数字化设计将代替工模具开发的繁琐过程,所需时间将缩短到数小时,而不是数天乃至数周。

尽管这项技术不会取代基于注塑的大规模生产,但是它可以提供快速生产,适应零件的快速变化需求,并且在工模具设计和加工阶段即可使用。

大批量自动化生产

可重复性是批量生产的重要指标。现有的热塑性塑料生产技术提供标准化的批量生产,仅需少量的运行维护。对于数百万个部件来说,这个过程是可重复的。数字化成型可为增材制造技术赋予这种级别的可重复性。

如果8台3D打印机被设定制造1万个零件,那么所有8台打印机都必须有相同设定,并确保在生产过程中不会发生改变。实验室测试结果证实,基于3D Systems Figure 4的数字化成型工艺可以达到每小时100毫米的打印速度-六西格玛可重复性标准。

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3D Systems的Figure 4 Production System

统计结果为Cpk> 2,Cpk指工程能力指数。获得的值为2或更高被认为达到“六西格玛”质量过程。为了Figure 4打印平台建立Cpk值,测试分别在8台设备上进行。

Cpk测试需要运行30个样本。测试部件由每台Figure 4打印机制作,并使用微米尺四次测量,统计样本使用平均值。

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接下来,调整物理模型,打印新的部件并再次测量。从两台打印机都获得了相应的图表。综合结果得分为2甚至更高,可重复性达到六西格玛质量。有些单独的设备数据Cpk=1.94,从技术上来讲,不属于六西格玛,但远远高于“新工艺的安全或关键参数”的低标准1.67。

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材料专家、设计师和制造工程师现在可以使用数字化成型技术来满足美学、功能、成本和耐用性的严格要求。数字化成型技术可以为有优化现有产品、新设计、新的商业模型和新市场打开大门。关键在于在恰当的时候使用增材制造技术,而不是传统的注塑成型。

3D Systems的材料专家们已经为Figure 4创造了一系列工程热塑性塑料,也在不断扩展材料,从而做到在注塑成型批量生产之前,实现小批量试生产(LRIP)。

数字化成型硬件

数字化成型需要一个生产系统,可快速扩展和定制,以满足制造商的独特需求。3D打印,包括数字成型,必须占据整个零件生产过程。产量不仅仅被原始打印速度影响。它是一段时间内打印、固化和后处理要求的总和。只有当部件准备好进行进一步的制造或运输时,才可以被算为部件的完成。

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3D Systems的Figure 4 Production平台是单独打印模块以及自动化后处理模块的集成,可以根据具体需求进行定制

Figure 4的打印过程都是自动化的,首先是通过一系列超快的微型dlp(数字光处理)打印机进行。这些单独的模块与定制的后处理模块相结合,以极快的速度自动完成零部件的打印,向客户交付数字化成型部件。

系统吞吐量以垂直速度计量。根据几何形状和材料的不同,一个3D物体以每分钟几毫米的速度从2D打印平台被打印出来。

数字化成型技术是智能制造技术非常重要的部分。机器人手臂抓取零件的动作贯穿于在首道和二道工序中的每一步。数字检测将工业4.0数据的采集和使用投入充分发挥作用。行业标准协议将数字成型系统与其他工厂设备连接起来,并通过网络和云连接实现操作。

可扩展性

数字化成型是针对塑料部件的免工具批量生产方式。为了达到批量,技术必须规模化以满足各种工厂的情况。为了在制造技术中脱颖而出,数字化成型技术必须达到或超过传统的注塑成型质量,并且具有可接受的速度。

通过基准测试发现,一个由8个模块组成的Figure 4数字成型系统可以在11天内生产出10000个带纹理的汽车空调通风口;而传统的11天只能开出模具。

数字化成型不需取代传统的注塑成型来证明价值。从CAD到生产的速度已使它成为小批量试生产(LRIP)的理想选择。企业可以从数字成型开始,更快地进入市场,然后可以选择转换或加入注塑成型,随着需求的增长而增加投入。

整个生态产业环境

数字造型是一个生态系统。它需要硬件、材料和软件,所有的设计都是为了达到要求。要成为增材制造领域的下一个创新,数字成型生态系统必须提供先进的打印技术、最新的材料科学、识别数字成型的独特性的CAD软件,以及在各模块之间进行自动连接的机器人系统。

什么时候是使用数字化成型的合适时机?当4个指标总拥有成本、生产率、耐用性和可重复性都需要被考虑的时候。当业务驱动因素,如上市时间,生产灵活性和创新设计是必需的时候。当需要品质/速度/成本和工业4.0创新齐头并进的时候。对于注塑行业来说,数字化成型技术的到来意味着新的变革。

编译自IndustryWeek,2018年8月2日发布

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 关于3D Systems

3D Systems提供全面的3D产品和服务,包括3D打印机、打印材料、云计算按需定制部件和数字设计工具。公司的生态系统覆盖了从产品设计到工厂车间的先进应用。3D Systems精准的医疗解决方案包括模拟、虚拟手术规划、医疗、牙科设备以及给患者定制的外科手术器械的打印。3D Systems花费了30年的时间帮助专业人士和企业优化他们的设计、改造工作流程,将创新产品推向市场、驱动新的商业模式。

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