車間生產如何啟用金屬3D列印技術?

2020-12-05 華融普瑞3D列印

在2003年之前Able Tool還是一個傳統的機械加工工廠。在Paul Hayes接任公司總裁後,開始發生變化,要想讓業務蓬勃發展,就必須引進更先進的技術。如今,Able Tool的車間由四軸和五軸加工中心以及大型水平線和線切割工具機組成。引入增材製造技術生產定製夾具,工具機主軸和刀具探頭減少設備的安裝時間,並使檢查過程能夠更有效控制。

大約六年前,Hayes決定將增材製造技術應用到車間的生產上,並完成從3D列印塑料零件到列印金屬零件的轉變。多材料列印,在各方面應用都是必要的。Hayes先生認為增材製造技術加速設計迭代,幫助公司更好地為客戶服務,能儘可能提高效率和降低成本。

Able Tool是一家集銑削、加工、製造和裝配於一體的工廠,專門從事各種工業、應用和材料的高混合/小批量生產。工廠設備有大型臥式軋機、立式加工中心和立式車床。車間越來越多地參與到整個機器的裝配、集成和測試中,而不僅僅是單個零件的生產。生產周期長,效率不高,先進的生產方式一定是更好的選擇。當時的增材製造對Able來說還是較新的技術,但Hayes大約15年前就開始研究這項技術。考慮到當時的生產環境、公司業務以及與相關的價值,公司並沒達成一致的意見。

Hayes先生沒有就此放棄,他堅持研究這項技術並相信它的潛力。六年前,他先是購買一臺MakerBot桌面級塑料3D印表機,較小的投資,風險低。四年後,Able購買一臺Prusa 3D印表機,生產出接近最終用途的零部件。不過,Hayes說,前期主要是把它們當作一種低成本的選擇,用來證明CNC加工方式周期太長,或者成本太高。

使用金屬3D列印

在獲得了塑料列印的經驗,並看到增材製造技術蓬勃發展後,Hayes決定,是時候邁出下一步,開始3D列印金屬零件了。他說:「我們不得不繼續前進,至少試著了解如何使用金屬3D列印技術生產,並銷售給我們的客戶。」

多年來Able Tool一直在積累3D列印的經驗,直到去年年底,該公司從Markforged購買了一臺Metal X金屬3D印表機。

儘管決定很突然,Hayes相信,這對公司來說是正確的決定。他表示,與選擇需要特殊實驗室環境的金屬粉末燒結技術不同,Metal X金屬3D印表機具有生產簡單易操作的特點,成型尺寸300×220×180毫米,能製造出結構複雜零件。而且,可以列印多種金屬材料,選擇自由。目前,Metal X可以列印17-4 PH不鏽鋼、H13和A2工具鋼,將來MarkForged計劃增加D2工具鋼、鈦、鉻鎳鐵合金、銅和316不鏽鋼等所有金屬材料的列印,這是Able特別感興趣的。

Metal X金屬3D印表機,採用ADAM工藝(原子擴散增材製造技術),這種成型技術與FDM類似,將金屬粉末分布到樹脂粘合劑中,幫助金屬粉末成型,成型後將樹脂粘合劑去除,當非金屬粘合劑去除掉後,金屬形成預期的形狀,而後期的燒結工藝,這保證了零件XYZ方向均勻的強度。Able工具小批量生產,從一個到四個零部件不等。公司總經理Trovillo說:「如果一個零件足夠小,估計可以在底板上安裝多達30個零件,主要取決於零件的尺寸。」我們可以在成型倉範圍內列印任何想要的零件。車間較小的零件列印大約需要兩到三個小時,而較大零件可能需要幾天,具體取決於零件的質量和複雜程度。

購買MetalX3D印表機後,MarkForged不僅提供列印設備、清洗機和燒結爐,還有指導用戶如何設置的細節,注意通風,設備間距和燒結氣體混合物的要求。MarkForged還提供了Eiger 3D列印軟體,Hayes先生說:「這款軟體非常容易學習,零件在CAD軟體中設計完成後,可以將其STL文件上傳到Eiger軟體中,Eiger軟體利用算法自動補償零件在燒結過程中的收縮。」Eiger軟體使他能夠操縱零件,並查看尺寸,列印時間,清洗時間,燒結時間等等。

取得的成果

在Able夠購買Metal X的一個星期內,印表機開始承接新業務。一位醫療行業的客戶在參觀工廠時偶然發現了這臺設備,並詢問它的性能。該客戶提出使用這臺設備列印零件金屬原型的需求。就目前而言,Able主要使用Metal X印表機生產定製夾具,在車間中使用。據Hayes說,要想使用金屬3D印表機成為一種習慣,是一個逐漸上升的過程。

未來,Hayes先生希望利用金屬3D列印技術,不僅僅為了擴展更多新業務,而是通過幫助現有客戶看到設計改進和提高零部件生產效率的方法,來更好地維護他與客戶之間的關係。他認為,增材製造技術將持續不斷的發展,未來必定成為機械工廠車間日常運營的一部分。Hayes預計,大多數機器工廠在某種程度上都會配備3D印表機,就像他們擁有三軸VMC一樣。「我認為,將增材製造技術集成到車間環境中是『何時』的問題,而不是『如果』的問題。」我們需要了解如何使用這些工具來滿足客戶的需求,這就是我們買這臺機器的原因。」

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