Приборная доска, лакированнaя под дерево

Области применения финишной обработки

Скрепление, сварка и обработка напечатанных деталей

Для изготовления прототипов, почти неотличимых от изделий, созданных методом литья под давлением, сложных инструментов и прочных индивидуальных устройств, приятных на вид и в использовании, выполняйте простую финишную обработку деталей, созданных методом трехмерной печати.

Станция для финишной обработки со сглаживанием поверхностей Реализация возможностей

Обзор

Увеличивается число сфер применения аддитивного производства. По мере развития процессов и материалов в отрасли расширилось использование технологии и теперь охватывает не только создание прототипов, но и непосредственно производственные процессы. Хотя сферы применения очень отличаются, в любой из них возникает дилемма эстетического качества и функциональных возможностей. Технологии аддитивного производства с лучшей финишной обработкой поверхностей четко отличается от других технологий большей прочностью.

Практически любая прочная, надежная и жесткая деталь может быть обработана для придания ей гладкой, готовой к окраске поверхности. Однако затраты и время на это могут оказаться неприемлемыми, а эффект от частичной точности может оказаться неприемлемым. Таким образом, ранее компании выбирали использование более слабых, мене надежных альтернатив, что позволяло экономить время, снижать затраты и сохранять детализацию компонентов.

Финишная обработка прототипов, компонентов инструментов или деталей для конечного использования может осуществляться различными способами, каждый из которых оказывает свое влияние на время производства, затраты и качество. Самой распространенной альтернативой является шлифовка детали вручную или с помощью электрических инструментов. В целом, это хорошо работает особенно с деталями приемлемых размеров, которые обладают новыми функциональными возможностями и мелкими компонентами. Однако если деталь содержит много мелких компонентов или глубоких выемок, шлифовка становится трудоемкой, длительной по времени и дорогой по расходам. Также следует учитывать то, что удаление материалов делает точность измерений переменной, которая зависит от каждого специалиста, который работает с деталью.

Между шлифовками на деталь следует наносить грунтовку или мастику. Это распространенный метод подготовки детали для окраски, так как детали на выходе имеют очень гладкую финишную обработку. Мастики и грунтовки также позволяют сохранить точность размеров, так как все выемки заполняются до шлифовки. Однако эта финишная обработка, подготавливающая деталь к покраске, затратна. Гораздо больше времени требуется на применение несколько покрытий мастик и грунтовок и больше труда необходимо затратить на шлифовку между каждым покрытием. Это увеличивает время производства и расходы на изготовление части.

Другой метод сглаживания частей, выполненных из термопластиков, — это “плавка” внешней поверхности с помощью растворителя. На поверхность деталей могут быть нанесены вещества MEK или ProWeld или сами детали могут быть погружены в емкость с нужным материалом. Растворитель разжижает пластик, который заполняет более глубокие области поверхности. Дополнительное преимущество растворителей заключается в герметизации пористой поверхности. Однако имеется и ряд недостатков. Небольшие компоненты могут быть деформированы, некоторые углубления могу оказаться незаполненными, а от случайных капель могут остаться видимые следы. Кроме того, следует учитывать, что время высыхания может быть длительным, если растворитель должен испаряться из глубины пористой поверхности.

Что нужно отрасли особенно применительно к прямому цифровому производству, – это метод финишной обработки, который сводит до минимума время производства и затраты, обеспечивая при этом прочную, функциональную деталь с высокой точностью и детализацией исполнения.

FDM и процесс сглаживания

В последнее время стал доступен альтернативный метод обработки FDM-деталей. При небольших трудозатратах и кратком цикле производства станция финишной обработки со сглаживанием позволяет получать прототипы, инструменты и готовые детали, имеющие покрытие, достаточное для покраски, гальванизации, и готовые к производству. Станция для сглаживания может обеспечить финишную обработку поверхности толщиной 32 – 63 микрона.

Успешное выполнение процесса сглаживания заставило компании повторно оценить применимость FDM для использования в тех сферах, где раньше применялись конкурирующие технологии. Во многих случаях FDM становилось предпочитаемым решением, однако время и затраты на финишную обработку деталей было неприемлемо для той или иной сферы деятельности. Станция для сглаживания обеспечивает компании нужными прочными FDM-деталями с гладкой, обработанной поверхностью.

Станция для сглаживания состоит из двух камер: одна для охлаждения и сушки, другая – для сглаживания. Сначала детали помещаются в камеру охлаждения для снижения температуры. Затем детали переносятся в камеру для сглаживания на 10–30 секунд. Более низкая температура детали заставляет компонент для сглаживания равномерно конденсироваться на всех компонентах детали. Таким образом материал покрывает поверхности детали и сглаживает их. Дайте материалу 15 – 20 минут для высыхания. Если необходимо, слегка зашлифуйте и повторите цикл. Шлифовка не является обязательной, однако приводит к достижению оптимальных результатов. При необходимости цикл повторяется, затем детали помещаются в камеру сушки. Детали высыхают приблизительно через 30 – 45 минут. Для достижения оптимальных результатов детали следует высушивать в течение 12 – 18 часов.

Детали, извлеченные из станции для сглаживания, имеют глянцевое покрытие. Если предпочтение отдается матовому покрытию, после сглаживания выполняется полировка дробеструйным аппаратом. Компания Stratasys рекомендует использовать аппарат со следующими характеристиками: не больше >30 фунтов на дюйм или 2068 бар на струйной форсунке, размер конверта 1016 x 509 x 508 мм (40 x 22 x 22 дюймов). Полировка поверхности с использованием пластикового абразивного материала Polyhard Type III (можно заказать по Интернету на сайте www.ustechnology.com/ stratasys) придает детали однородную полуматовую текстуру, которая аналогична текстуре литья под давлением.

Этот процесс является слабым, бесконтактным методом финишной обработки деталей FDM. Он защищает небольшие компоненты от повреждений или случайного удаления. Кроме того, он позволяет сохранить точность размеров детали FDM.

Эти выводы были подтверждены исследованиями, которые проводились в Университете Техаса в Эль-Пасо (UTEP), в центре W.M. Keck Center for 3D Innovation. По словам Франка Медины W.M., директора центра W.M. Keck, точность FDM 400mc заявлена как +/- 0,005 дюйма (+/- 0,013 мм). Процедура сглаживания изменяет деталь не более чем на 0,0009 дюймов (0,023 мм). Это позволяет сделать вывод, что изменения в точности по причинам сглаживания после трех проходов являются незначительными. В отдельном исследовании, проведенном в UTEP, руководителем которого являлся Дэвид Испейн и Райан Уикер, группа специалистов определила, что точность размеров остается по существу неизменной несмотря на длительность обработки или количество проходов. Исследовательская группа также определила, что 1 ч. 20 минут достаточно для полного затвердевания детали после ее извлечения из камеры для сглаживания.

Станция для сглаживания вернула использование FDM-материалов в те области применения, где текстура поверхности является важным аспектом функциональной возможности, времени производства и соответствующих затрат. Типичный пакет FDM-частей может быть обработан и подготовлен к покраске в течение двух часов при трудозатратах всего 15 минут.

Области применения

Примеры фактического применения процесса сглаживания охватывает весь спектр деятельности от окрашенных рыночных образцов до производства готовых товаров. С выхода на рынок станции для сглаживания использование систем Fortus расширился на целый ряд сфер применения. Благодаря процессу сглаживания компании расширяют свое использования FDM в тех сферах деятельности, где имеется потребность как в функциональных возможностях, так и в гладких поверхностях. примеры областей использования 1. Финишное покрытие эталонных деталей путем окраски или гальванизации; 2. Эталонные инструменты; 3. Герметизация деталей для использования с жидкостями; 4. Термоформование; 5. Литье под давлением.

Окраска.

Ведущий производитель автомобилей оценивает, что на подготовку прототипа решетки радиатора к покраске уйдет три дня и 700,00 долл. США. В течение трех дней работники наносят кузовную шпатлевку, шлифуют всех поверхности, распыляют грунтовку, повторно шлифуют поверхности и обрабатывают ее верхним слоем грунтовки. Поразительно, но та же самая решетка сглаживается и подготавливается к покраске менее чем за два часа. Общие трудозатраты процесса сглаживания составляет ¾ ч., and затраты на расходные материалы менее 10 долл. США. 90-процентная экономия по времени и расходам является впечатляющей, компания обнаружила, что самое большое преимущество связано с сокращением времени производства.

Чтобы снизить время ручной шлифовки радиаторной решетки, производитель автомобилей создаст FDM-деталь в той же ориентации, в какой она установлена на автомобиле. Кроме того, деталь создается с меньшей толщиной среза. Сглаживание устраняет обе эти затратные по времени меры. Построение радиаторной решетки с более толстыми срезами позволяет компании снизит время построения практически вдвое. Это снизило затраты, связанные с деталью, ускорило доставку и увеличило доступность машины. Большая доступность и сниженное время производства привело к привлечению меньшего объема ресурсов со стороны, что еще больше снизило расходы на прототипы, оставляя при этом конфиденциальную информацию проектирования и разработок внутри организации.

Ведущий производитель детских игрушек и детских принадлежностей оценивает, что ему необходимо окрашивать практически половину всех деталей, изготовленных аддитивным способом в течение года. Чтобы подготовить эти детали к окраске, они зашлифовываются, грунтуются и снова шлифуются. Этот подход увеличивает время производства, трудозатраты и значительно повышает затраты на подготовку прототипа.

При проведении оценки компания сравнивала ручную шлифовку с процессом сглаживания при подготовке детского сиденья к окраске. Было определено, что время производства и затраты могут быть снижены на 80 процентов. Тогда как процесс сглаживания был завершен в течение двух часов по цене менее 40,00 долл. США, для шлифовки и грунтовки потребовалось шесть часов прямого труда и расходов на сумму более чем 250 долл. США,

Термоформование.

Производитель упаковок для пищевых продуктов использовал инструменты FDM для процесса термоформования при проведении оценки конструкции. Преимущество инструмента FDM заключается в том, что он может быть пористым, что позволяет пропустить вакуум через всю деталь. Это позволяет компании использовать FDM-инструменты, как только построение будет завершено. Однако этот производитель не использовал данные инструменты для рыночных образцов, так как пористая поверхность была слишком грубой.

Эксперимент продемонстрировал, что процесс сглаживания позволяет использовать форму FDM в двух целях. Вслед за проверкой проектов сглаживается форма FDM. Получившаяся глянцевая отделка идеальна для термоформовых рыночных образцов. С помощью процесса сглаживания компания может термоформовать проектные модели и рыночные образцы в течение одного дня.

Единственным небольшим ограничением процесса сглаживания является то, что он герметизирует поверхность детали, что снижает преимущество термоформования FDM. Однако компания обнаружила, что в стратегически важных местах внешней поверхности FDM-детали можно о проделать отверстия. Так как процесс сглаживания стачивает только 0,010 дюймов (0,25 мм), технические специалисты могут использовать любой инструмент с острым наконечником для перфорации поверхности формы.

Нанесение гальванического покрытия.

Гальванотехники обнаружили, что процесс сглаживания включает в одном действии две важных функции. В результате ускоряется доставка, снижение расходов и повышение качества.

Перед применением процесса гальванизации детали должны быть сглажены и загерметизированы. Грубые поверхности видимы на облицованной детали, а пористость позволяет решениям по гальванизации проникать внутрь детали. Традиционные процессы, то есть ручная шлифовка и герметизация деталей, увеличивают время производства и прямые трудозатраты. Они также допускают различия по качеству и точности деталей.

Ручная шлифовка деталей для достижения нужного уровня сглаживания, приемлемый для отполированных, металлических поверхностей, является затратным по времени процессом. Кроме того, важную роль здесь играют навыки специалиста, что может привести к различиям в качестве детали. Аналогично герметичные части, покрытые грунтовкой, могут иметь различия в плане нанесения грунтовки и проводящих покрытий. Альтернативой является погружение деталей в растворитель, однако такой метод может привести к повреждению небольших деталей. Для погружения также требуется длительный цикл сушки от одного до двух дней.

Напротив, процесс сглаживания обеспечивает защиту небольших фрагментов и частей с гальваническим покрытиям, сохраняя при этом размеры детали. И это достигается путем снижения прямых трудозатрат и времени обработки. В большинстве случаев детали готовы к нанесению гальванического покрытия в течение двух часов.

Литье.

При литье в песчаные формы и литье под давлением используются FDM-материалы для ускорения процессов создания шаблонов и инструментов. Единственным препятствием к сокращению времени производства высококачественного литья являлась финишная обработка поверхности. Так как качество литья зависит от качества шаблона или инструмента, время и трудозатраты вкладываются в каждую FDM-деталь для ручной финишной обработки поверхностей.

Что касается литья под давлением, ручная обработка является циклическим процессом, так как шаблон FDM используется при любом металлическом литье. Помимо воздействия на время и затраты ручная обработка шаблонов усложняют поддержку соответствия размеров между разными деталями. Процесс сглаживания позволяет решить одновременно все три вопроса. В одном пакете станция для сглаживания может обрабатывать несколько шаблонов FDM в течение одного часа, при этом прямые трудозатраты составили всего несколько минут. Кроме того, сглаживание одинаково для всех деталей, поэтому поддерживается соответствие качества поверхности и точности размеров всех деталей.

При литье в песчаные формы используются шаблоны FDM Для производства ящиков для кернов, верхних и нижних частей и пластин для упаковки песка для формирования инструмента для литья. Литейные мастерские будут изготовлять эти элементы непосредственно в системе Fortus, что устраняет необходимость в шаблонах. Будь это шаблоном или инструментом FDM процесс сглаживания сводит до минимума прямые трудозатраты и время производства песчаных форм для литья.

Преимущества процесса сглаживания растут при производстве сложных песчаных форм для литья, например картеров главной передачи или поворотных кулаков. Одна литейная мастерская обратила внимание, что комплексные детали могут иметь несколько литейных стержней, каждый сделанный из отдельного стержневого ящика для воспроизводства внутренних каналов и пустоты. Ручная финишная обработка десятка стержневых ящиков добавляет многие дни и бесконечные часы работы. Заменяя процесс сглаживания, та же работа может быть выполнена на порядок быстрее с очень небольшими прямыми трудозатратами. В итоге литейная мастерская повышает производительность и снижает время производства.

Заключение

Компании получают значительную экономию в плане времени производства и расходов, если используют станцию для сглаживания для финишной обработки и герметизации FDM-деталей. Независимо от сложности и количества деталей станция для сглаживания создает готовое к покраске покрытие в течение нескольких часов, при этом требуется мене часа работы и 10,00 долл. США за расходные материалы.

Станция для сглаживания, по существу, автоматизировала процесс финишной обработки аддитивного производства FDM. Она устраняет время, трудозатраты и расходы на шлифовку, шпатлевку и грунтовку деталей для получения гладкой, обработанной поверхности готовых деталей, прототипов инструментов и окрашенных образцов. Таким образом станция для сглаживания устраняет необходимость выбора между эстетическим качеством и функциональностью продукта.

Детское сиденье


Процесс

Время производства

Трудозатраты

Затраты на расходные материалы

Ручная зачистка

1,5 дней

USD $240

USD $15

Сглаживание

2 часа

USD $30

USD $10

ЭКОНОМИЯ

83%

84%

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.