快速零件进入主流

无论您如何定义,都有多种形式的快速工具&制造业已经在工具箱中占据一席之地。

无论您如何定义它,许多形式的“快速模具制造”都已在工具箱中占据一席之地。

帕米拉·J·沃特曼(Pamela J.Waterman)

从电子狗项圈到可溶解的骨插入物,真实世界的零件来自快速成型(RP)设备,现在有时称为快速模具(RT)或快速制造(RM)系统。零件是直接用最终材料制造还是通过各种方法,快速加工和制造(RT)间接创建&M)解决方案不仅在名册上,而且在制造应用程序的各个领域都发挥着重要作用。

受欢迎的RP-ML listserv上的一位参与者指出,RT&M需要稍微不同的制造方法,但是当您跳出框框思考时,这种方法可以节省时间和金钱。见证RT的热情&M在图森的亚利桑那大学举行的最近一次区域博览会中跑得很高。代表RP系统制造商和服务局的数十家供应商正在彼此进行交易,并有600多名与会者。看看年度SME RP是否会继续下去将会很有趣&M底特律本月底。

图1(左):当破裂的铝制皮带轮闲置其生产线时,制造商草拟了替换品,并使用Stratasys FDMprinter在不到四个小时的时间内用聚碳酸酯制造了工作皮带轮。铝更换将需要三天时间。

定义制造

那么,增材加工进入主流制造有多远?好吧,每周需要多少个小部件’re considered a “manufacturer?” RT&M可能永远不会每天加工成千上万个零件,但是对于某些生产商而言,每月要加工数百个非常详细或难以加工的零件就可以构成有效的生产运行。

图2(左上图):一家名为Therics的生物医学公司每周生产数百种FDA批准的骨修复插入物。插入件-使用MIT形式制成’的3D打印技术-帮助将不’不能正确治愈。插入物被人体吸收,并愈合。

例如,在新泽西州普林斯顿,一家名为Therics的生物医学公司现在每周可生产数百种经过FDA批准的相同的骨修复插入物。外科医生使用插入物将“不工会”编织在一起。”(没有骨头断裂’不能正确治愈)。患者接受由Therics制造的脚手架外科植入物’Theriformprocess(麻省理工学院的许可’的3D打印技术)在骨骼愈合时被人体吸收。该公司已经生产了1,000多个标准零件,并且还可以根据CT扫描数据制造定制的骨植入物。

其他示例包括Soligen提供的Parts Now服务。它每月定期执行500-600个排气歧管的订单。成千上万个类似但定制的RT&M部分是西门子及其个性化助听器部门的标准业务。

除了数量众多的最终产品之外,制造还需要工具本身的生产,这可以直接或间接地完成。在RT世界中,直接加工意味着创建实际的模具或模具嵌件,而间接加工则使用RP零件作为模具的母版。

根据Wohlers Report 2004(有关国际RT状态的年度进度报告&在M行业),现在所有RP模型中的四分之一以上都用作样机工具,金属铸造和工具插件的模型。正如Wohlers所说的那样,将超过90%的产品开发资金用于工具和制造,将精力投入这些领域以削减成本是很有意义的。

图3 :(左)Solidscape T612机器刚刚制作出了工具级的飞钓渔线轮。红色区域是蓝色工作部件的可溶解支撑结构。

直接制造

真正的最终功能RT&M零件遍地开花,对许多公司来说构成了很大一部分业务。 SynergeeringGroup的Tom Gogoe表示,他的公司在生产用于汽车测试和开发的功能性进气歧管方面处于世界领先地位。“我们不仅提供功能原型,还提供产品设计意图,” says Gogoe. “我们在EOS SLS系统上创建的玻璃填充尼龙零件可用于流量,声学和一些耐久性测试;我们从CAD到工作的引擎需要四天,然后每周增加10个零件。”

图4(右上方)Soligen’s的混合制造方法将常规核心方法与其直接壳体生产铸造工艺相结合,以制造出这种发动机气缸盖模具。

图5(左上方):从钛髋关节置换到脊柱支撑结构,外科整形外科患者都从快速的零件制造中受益。

Stratasys现在提供其可升级的FDM(熔融沉积建模)Vantage系列的三个版本,他认为RT&M非常适合原型设计和大批量生产。“总是有一个观点认为使用传统方法进行批量生产是有意义的,”观察Stratasys产品经理Patrick Robb,“但是对于小批量的’如果不想花钱购买工具,我们的FDM系统可以用真正的塑料生产成品,例如ABS和聚碳酸酯。”

贝尔Stratasys客户&Howell生产基于光学的高速扫描和分选设备。钟&Howell意识到,使用其Stratasys FDM系统测试塑料下托架实际上导致零件超出其性能规格。因此,他们现在不再需要从模塑公司订购产品,而是每月自己快速,分三批或四批地制造支架。

有用的应用

航空航天和医疗应用特别适合于RT&M,因为它们的数量往往小于消费产品运行中的数量。意识到这一机会,波音公司的一家创新子公司名为按需制造(ODM),正在使用3DSystems’的SLS(选择性激光烧结)机器,用于制造支持军方的零件’飞机减轻重量的努力。 ODM用SLS尼龙版本替换了金属风管,并用一部分代替了六个,ODM预计将在一年内与空军运输飞机进行改装。该公司副总裁Dave Ciscel说,他的公司甚至可以电镀尼龙零件以用于EMI屏蔽或接地。

直接夹具生产是另一个领域。凤凰分析&Design Technologies (PADT) has created its own complex 固定装置 using3D Systems’之所以使用SLA(立体光刻设备),是因为传统加工根本无法产生在组装过程中将复杂的定子叶片固定在适当位置所需的形状。

另一个例子是去年,当时德克萨斯州的外科医生使用Z Corpparts作为“fixtures”头骨上的埃及双胞胎的术前训练。在成功分离之前,所涉及的48位外科医生中的每位都有他们自己的ZCorp生产的石膏颅骨以进行训练。在原型制作公司(RT)&程序工程师Scott Tilton将M部分集成到医疗模拟器中,“每当我们的装配团队需要一个小的夹具或工具时,就可以使用我们的SLS系统快速轻松地进行制造。”

其中的一种

然后在某些情况下,您只在需要时构建所需的内容之一。雷神导弹系统公司的制造技术人员特蕾莎·克里斯特(Theresa Crist)找到了一种方法,可以确保装配工拥有针对特定工作所需的所有螺丝起子,电动工具和紧固件。她设计了一款屡获殊荣的工具车,其中内置塑料袋的形状和标签适用于订购的每个项目,每个装配一个。 Crist用3D 计算机辅助设计创建了口袋,然后在3D Systems Vanguard HS SLS机器上用尼龙制作了每个插件,这是对Raytheon去年制造的10,000多个SLA / SLS零件的有趣补充。

间接工具-精细而快速

从RP创建母材正成为生产真正的制造工具的常用方法。无论模具加工过程涉及室温硫化(RTV),基于环氧树脂的复合材料,各种喷镀金属过程,还是任何其他间接方法,模具或铸模插入件都只能与原始母模一样好。

许多用户使用3D Systems SLA机器创建母版,因为SLA技术可产生平滑的表面光洁度,并具有内外细节。 PADT的四位负责人之一Rey Chu指出,他们可能每周根据SLA零件开发出一种工具。对于一种产品,即高性能鼓风机,他们将填充铝的环氧树脂包裹在SLA母盘周围,以形成具有良好导热性的注塑模具。因此,PADT将流程从10周的35,000美元降低到了两周的5,000美元。每个工具可以拍摄5,000至6,000个零件。

左图,Z Corp根据用户要求开发了用于直接金属铸造的Z Cast石膏-陶瓷复合材料。模具包括型腔和嵌件。

在易耗品铸造模型的世界中,Z Corp提供了基于淀粉的模型,而Solidscape已售出800多个专用于高精度,低灰烬烧花模型的系统。 Solidscape还已在Interpore Cross International的生产设施中安装了第32个运行24/7的ModelMaker RP系统,Interpore Cross International是一家致力于治疗脊柱植入物和矫正生物学技术的医疗设备公司。

直接工具,大企业

Soligen凭借其基于3DP技术的ceramicDSPC(直接壳体生产铸造)工艺在直接工具制造方面处于领先地位。但是,公司总裁YehoramUziel并没有称其为革命性产品,而是该业务是不断发展的。“而不是打印整个铸模—一种全有或全无的方法,” he says, “我们结合了CAD,CNC,数字和常规铸造,机器人焊接四到五种技术,以提供及时,经济高效的解决方案。例如,当您可以使用传统机加工制造90%的零件时,铸造整个发动机体是不切实际的。它。我们使用DSPCprocess数字化打印水套和油库的内部内核,这些内核非常复杂,并且其设计几乎每年都会发生变化。”

挤出骨 ’ProMetal部门的客户在ProMetal 3D打印的金属模具中运行100,000个注塑成型循环,并且与牙科行业的无工具砂模铸造和印刷金产品一起使用。该公司现在正在使用RT&M到下一个(必要的)级别。 ProMetal负责技术过渡的Dan Maas解释说,“You’在获得硬度,热导率和疲劳寿命数据并使用……分析工具充分了解化学,热学和冶金过程以对其进行优化之前,请不要使用它。”

这些摩托车赛车气门由钛制成,并使用Optomec生产’ICE Motorsports的LENS系统。

Z Corp开发了用于直接金属铸造的Z Cast材料,以响应用户要求。其石膏-陶瓷复合材料用于直接印刷模具型腔和嵌件,以铸造接近净形的有色金属。像JL French和Caterpillar这样的客户说,“我们想要的最后一件事是让我们的竞争对手知道我们’重新使用] ZCast]-它为我们带来了优势。”

该领域的其他公司包括具有快速工具制造系统的桑德斯国际设计,以及专门从事工具制造和维修的精细金属沉积的Precision Optical Manufacturing和Optomec。

扩展工具箱

更多技术,包括高级陶瓷研究’陶瓷涂层生物相容性塑料骨植入物的挤压,很有趣,但细节在于魔鬼。 RP-ML上的用户定期辩论RP和RT的优点&M台机器以及运行它们所需的一切,从监控温度曲线和有效地定向零件到试验再生材料与原始材料的比率。

但是,正如Scott Tilton所说,“设计师想出多少次才让机械师回来,并告诉他哪些功能很难甚至不可能实现?在RP机器上也是如此。所不同的是,更少的人了解它们。”但是,越来越多的人开始这样做,因此制造业为其工具箱获得了另一种工具。

Contributing editor Pamela J. Waterman is an 恩gineer and a freelancetechnical writer based in Arizona. 您 can contact her about thisarticle via e-mail c/o [电子邮件 protected]

未来RP的教育关键

就像RT&M systems “grow” parts, members of the technicalcommunity are 增长ing new users from the ground up, starting with theengineers and designers of tomorrow. Dr. Ray Umashankar, assistant deanof the College of 工程 at the University of Arizona, Tucson,recently hosted more than 500 middle school students at his day-long RPExpo. His view, like that of many others in the RP community, is thatwe need to expose young people to the possibilities of this technology,along with solid modeling, so that they will view it as another toolwhen they 恩ter the world of manufacturing.

资源

sme.org/rapid

http://rapid.lpt.fi/rp-ml

wohlersassociates.com

•用户’s快速原型制作指南,Todd Grimm,中小企业出版物(2003年)

•《 Wohlers报告2004》,Terry Wohlers,Wohlers Associates,Inc.(2004)

公司信息

3D Systems Corp.

先进陶瓷研究有限公司

EOS GmbH

挤出骨

按需制造

Optomec,Inc.

凤凰分析与设计技术

精密光学制造-POM

原型制作

桑德斯国际设计

Solidscape,Inc.

Soligen Technologies,Inc

Stratasys,Inc.

协同小组

Therics,Inc.

Z公司

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关于作者

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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