Anwendungs- und Entwicklungstrends der Rapid Tooling-Herstellung

Da sich die Lebensqualität der Menschen verbessert hat, ist die Nachfrage nach verschiedenen Produkten gestiegen und der Austausch erfolgt immer häufiger. Die traditionelle Methode zur Herstellung von Formen kann die Produktverarbeitungsstandards nicht mehr gut erfüllen, und die Entwicklung von Schnellformen hat auf diese Anforderung reagiert.

Um eine Produktion von Produkten auf hohem Niveau zu gewährleisten, unnötigen Produktionsabfall zu reduzieren und die Kosten unter Kontrolle zu halten, ist die Entwicklung von Schnellformen unabdingbar. Bei der maschinellen Fertigung, insbesondere bei verschiedenen großen Produkten, haben die Qualität des Endprodukts und die Verarbeitungskosten einen großen Einfluss.

Formenbau

Rapid Prototyping ist die Grundlage des Formenbaus. Die Qualität des Endprodukts hängt direkt mit der Technologie, Qualität, Leistung und dem Prozess der Formenherstellung zusammen. Es hat einen wichtigen Einfluss auf die Produktionseffizienz der Endkunden. Ob Produktforschung und -entwicklung sowie Produktionsdienstleistungen den Marktanforderungen gerecht werden können, ist auch ein Maßstab für die Wettbewerbsfähigkeit in diesem Bereich und eine Voraussetzung für den Ausbau der Vorteile des mittleren bis oberen Marktsegments.

Daher wird die neue Technologie in das Design und den Prozess in der Formöffnungsphase integriert, und die Genauigkeit und Wirksamkeit des Produkts werden durch Standardberechnungen sichergestellt. Mittlerweile haben einige Forschungseinrichtungen die Theorie der Rapid-Prototyping-Technologie, CAD-Informationsanalysesoftware, Prinzipien der Gussformautomatisierung, praktische Methoden und Steuerungssysteme umfassend untersucht und in den letzten Jahren gute Ergebnisse erzielt.

Viele Technologien, die der SLA-Technologie und der LOM-Technologie ähneln, wurden untersucht und für die Anwendung integriert, und die Produktionsgusstechnik wurde schrittweise verbessert und in Richtung Intelligenz und Automatisierung weiterentwickelt.

Die Vereinigten Staaten haben die Rapid-Prototyping-Technologie entwickelt, und industriell entwickelte Länder wie Großbritannien und Japan haben allmählich damit begonnen, die Produktion von Formen zu verbessern. Das Aufkommen der Rapid-Prototyping-Technologie entspricht genau den Entwicklungsanforderungen dieses Trends.

Auf Grundlage dieser Technologie werden unterschiedliche Methoden entwickelt, um die Technologie zu verbessern, den Prototypenherstellungsservice zu vervollständigen oder den entsprechenden Formenherstellungsprozess für Benutzer aufzubauen und One-Stop-Services für mehrere Spezifikationen und Produktionslinien bereitzustellen, sodass alle Arten von Anforderungen im Verwendungsprozess vollständig erfüllt werden können.

Rapid Tooling Technologie

Rapid Mold Manufacturing (abgekürzt RT) ist eine wichtige technische Methode zur schnelleren und einfacheren Produktion und Verarbeitung bzw. zum Formenbau, die auf dem Prinzip der Rapid-Prototyping-Technologie basiert. Es handelt sich um eine Kombination aus traditioneller Formentechnologie und moderner fortschrittlicher Formöffnungsprozesstechnologie. Das Formenöffnen erfolgt mit zwei Methoden: direkter Formenbau und indirekter Formenbau.

Jede dieser beiden Kategorien verfügt über viele verschiedene Prozessmethoden. Entsprechend den Anforderungen der Produktspezifikationen, Leistungsanforderungen und Präzisionsanforderungen können geeignete technische Methoden ausgewählt werden. Die Methode der Rapid-Mold-Fertigungstechnologie der Rapid-Prototyping-Technologie verwendet im Allgemeinen die indirekte Formenherstellung. Wählen Sie entsprechend den unterschiedlichen Produktspezifikationen, Materialien und Leistungen.

Schnelles Werkzeug Seit dem 20. Jahrhundert befindet sich die Rapid-Tooling-Fertigungstechnologie in einer Phase kontinuierlicher Innovation und Entwicklung. Ihre Anwendungsbereiche werden immer umfangreicher. Sie wird heute in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise im Maschinenbau, bei verschiedenen Leichtindustrieprodukten, medizinischen Geräten, im Tiefbau und im Bauingenieurwesen. Die kontinuierliche Entwicklung und Verbesserung der Rapid-Tooling-Technologie wird zu einer Methode, die in der Unternehmensfertigung weithin übernommen wird.

Merkmale von Rapid Tooling

In der modernen industriellen Fertigung ist die Materialausnutzung besonders wichtig. Kostensenkung ist der Schlüssel. Bei der Produktion sollte die Form den Struktur- und Prozessabfall des Werkstücks so weit wie möglich reduzieren, ohne die Qualität des Werkstücks zu beeinträchtigen.

RT kann dieses Problem gut lösen. Durch die Verkürzung der Schrittweite beim Rapid Tooling kann der Strukturabfall reduziert und mit dem verbleibenden Prozessabfall so viel wie möglich mehr Werkstücke ausgestanzt werden, was viel Material spart und die Kosten für Unternehmen senkt.

(I) Verbesserte Bedienbarkeit

Um die Bedienung für die Arbeiter einfach und leicht zu machen, kann RT die Arbeitsintensität erheblich reduzieren und die Wahrscheinlichkeit versteckter Schäden am fertigen Produkt verringern. Bei der Konstruktion ist es notwendig, das Umdrehen des Streifenmaterials zu vermeiden und eine kleinere Streifenmaterialbreite zu wählen, um die Lebensdauer der Form zu erhöhen und die Qualität sicherzustellen.

Während des Musteranordnungsprozesses darf der Schrittabstand nicht zu kurz gewählt werden, da sich die Werkstücke sonst beim Stanzen gegenseitig beeinflussen und die Präzision abnimmt. Gleichzeitig darf der Schrittabstand nicht zu klein sein, da sich sonst das Streifenmaterial verformt, Grate entstehen und die Qualität des Endprodukts schlecht ist.

Die traditionelle Verarbeitungsmethode ist das „Abtragungsverfahren“, d. h. das Entfernen der überschüssigen Metallschicht auf dem Rohling und das Gießen der gewünschten Werkstückform und -präzision gemäß den Standardanforderungen.

Durch Rapid Manufacturing können prozessbedingte Abnutzungserscheinungen an der Form außerhalb des Werkstücks vermieden und die Lebensdauer der Form verlängert werden.

(II) Verbesserung der Materialauslastung

Die Rapid-Manufacturing-Technologie kann auf eine Anordnung mit Abfallmuster, eine Anordnung mit weniger Abfallmuster oder eine Anordnung ohne Abfallmuster umgestellt werden. Bei einer Anordnung mit Abfallmuster bleibt am Rand des Gussstücks eine kleine Überlappung, sodass sie sich beim Stanzen nicht gegenseitig beeinträchtigen. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Präzision des Gussstücks und verlängert die Lebensdauer.

Durch die Anordnung mit weniger Abfallmustern bleibt die Breite des Streifenmaterials am Rand des Werkstücks hängen, und der Guss weist nur in einigen Teilen Überlappungen auf. Größe und Präzision sind nicht leicht zu gewährleisten, es entsteht jedoch weniger Abfall, was die Materialnutzungsrate verbessert.

Bei einer Anordnung ohne Abfall bleibt an der Streifenkante kein Rand zwischen den Werkstücken, die Größe und Genauigkeit der Werkstücke kann nicht garantiert werden, die Lebensdauer der Form wird reduziert, es entsteht jedoch sehr wenig Abfall.

Schneller Formenbau

Derzeit ist der Anwendungsbereich des schnellen Formenbaus wie folgt: Herstellung von Spritzgussformen, Herstellung von Stanzformen, Herstellung von Gussformen usw. Die verwendeten Methoden können in indirekte und direkte Herstellung unterteilt werden. Es gibt auch drei Prozessabläufe:

Eine davon ist die Herstellung von Teilen im Kleinserienproduktionsmodus.

Die zweite ist die Herstellung von Teilen im Rahmen einer Mittelserienproduktion.

Die dritte Möglichkeit ist die Herstellung von Teilen im Großserienverfahren. Es gibt direkte und indirekte Methoden zur schnellen Formenherstellung.

(I) Direkte Formherstellungsmethode

Das Verfahren zum direkten Formengießen unter Verwendung der Rapid-Prototyping-Technologie zeichnet sich durch hohe Maßgenauigkeit, kurze Fertigungszeiten, eine feine und flexible Struktur sowie ein sehr entwicklungsfähiges Verfahren zur Herstellung von Formen aus. Das Material kann mit der SIS-Methode direkt in konvexe und konkave Formen gebracht werden und kann in einfache Gussplattenformen und Deckeldruckgussformen umgewandelt werden, wodurch die Lebensdauer dieser Formen tausend Jahre erreichen kann. Es eignet sich sehr gut für die Probeproduktion von Produkten.

Mit der Entwicklung der Rapid-Prototyping-Technologie können immer mehr Formmaterialien in der Rapid-Prototyping-Technologie verwendet werden, und die Leistung der Materialien wird immer besser, was für die Massenproduktion verwendet werden kann. Der einzige Nachteil besteht jedoch darin, dass die Präzision der durch die Form hergestellten Produkte nicht hoch ist.

(II) Indirektes Formverfahren

Die im indirekten Formverfahren verwendeten Gussformen werden in weiche Formen, harte Formen und Brückenformen unterteilt. Weiche Formen bestehen aus weichen Materialien. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Anpassen der Materialzusammensetzung angepasst. Sie eignen sich für die Prüfung kleiner Chargen. Die Herstellung von harten Formen ist der Hohlraumteil der Metallform. Es wird durch Wärmebehandlung gehärtet und verwendet eine extrem hohe Fertigungstechnologie. Es hat einen stabileren Herzinfarkt und eine höhere Wettbewerbsfähigkeit.

Es eignet sich für die Massenproduktion. Preis und Weiterverarbeitung sind bei beiden Typen gleich, es gibt jedoch Unterschiede bei den Verarbeitungsverfahren und der Produktionszeit.

Unter Verwendung der Rohstoffe der Rapid-Prototyping-Produktionstechnologie als Masterform, kombiniert mit Präzisionsdruckguss, Silikonkautschuk, Pulversintern und anderen Verarbeitungsmethoden, kann das Modell indirekt hergestellt werden. Die wichtigste Technologie besteht darin, mithilfe der Rapid-Direct-Prototyping-Produktionstechnologie zuerst einen Metallformkern herzustellen und dann den Formkern zu verwenden, um die entsprechende Metallformhöhle des Produktkerns zu kopieren.

Normalerweise wird zuerst eine Gipsform oder ein Keramikmodell hergestellt und dann ein Metallmodell aus der Gipsform oder dem Keramikmodell gegossen. Die schnelle indirekte Direktmodellherstellungstechnologie ist derzeit die Hauptrichtung der schnellen Modellherstellung.

Schwierig

Obwohl das Schnellformen weit verbreitet ist, weist es immer noch Mängel auf, vor allem die folgenden Probleme:

1. Obwohl das Verfahren der schnellen Direktherstellung von Formen ein einfacher Prozess und eine effiziente Produktion ist, kann es die Anforderungen an hohe Präzision und lange Lebensdauer der Formen in Bezug auf Produktoberflächengröße, Präzisionsqualität, mechanische Eigenschaften und Formkosten nicht erfüllen.

Die am häufigsten verwendete Methode zur schnellen Direktherstellung von Formen ist die Verwendung der selektiven Lasersintertechnologie zur Herstellung von Metallgussformen. Die mit diesem Verfahren hergestellten Formen sind im Allgemeinen poröse Strukturen mit geringer Dichte. Zur Verbesserung der Leistung können Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt (wie Kupfer) infiltriert werden, um die Präzision der Form zu erhöhen. Die Festigkeit dieser Art von Form ist jedoch nicht hoch und die Genauigkeit kann die Anforderungen nur schwer erfüllen.

2. Die indirekte schnelle Formherstellung ist in vielerlei Hinsicht besser als die direkte schnelle Formherstellung und bietet die Vorteile niedriger Gussprozesskosten und schneller Herstellung. Allerdings sind schnelle indirekte Formherstellungsprozesse im Allgemeinen teurer, was direkt zu großen Schwierigkeiten bei der Präzisionskontrolle führt.

Im Allgemeinen variiert die Schrumpfungsgröße von Formmaterialien, die im indirekten Formenbau durch Gießen und Pulversintern hergestellt werden, stark und die Herstellungspräzision der Form ist nicht hoch.

Die Gussform der Metallspritzform weist eine hohe Maßgenauigkeit auf, weist jedoch auch eine kleine Lochstruktur auf, die das Spritzen erschwert, die Dichte der Gewebebeschichtung reicht nicht aus und die hergestellte Metallhartschale weist große innere Spannungen auf.

Lösungen und Trends

(I) Verwendung der direkten Metall-Lasersintertechnologie

Bei der direkten Methode kann die Technologie des direkten Metall-Lasersinterns oder andere Methoden zum direkten Sintern von Metallpulver verwendet werden, wodurch direkt Edelstahlpulver, hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis, Werkzeugstahl, Wolfram, Titan und andere Materialien gebildet werden können.

Durch das direkte Sintern von Metallpulver sind die Herstellungskosten niedrig, es sind keine Vor- und Nachbearbeitungs- und Gussprozesse erforderlich, die Verarbeitungspräzision ist höher und die geformten Geräte haben eine gute Oberflächenqualität. Außerdem können sie direkt als Testmuster der Produkte verwendet werden.

(II) Auswahl von Hochleistungsmaterialien

Die Lösung für die indirekte Fertigung besteht in der Untersuchung eines Formmaterials mit guter Dimensionsstabilität und geringer Schrumpfung sowie in der Untersuchung und Verbesserung des Prozesses des indirekten Formens, um die Anzahl der Prozesse zu verringern und die Genauigkeit der Gussformen zu verbessern.

(III) Lernen Sie von der traditionellen Verarbeitungstechnologie

Die Qualität von Gussformen, die mit herkömmlichen mechanischen Verarbeitungstechnologien hergestellt werden, ist effektiv gewährleistet, die Anpassungszeit der Formen ist sehr lang und sie können nicht leicht beschädigt werden. Angesichts des kontinuierlichen Anstiegs des Produktwettbewerbs auf dem Markt müssen Unternehmen jederzeit in der Lage sein, auf Änderungen im Marktumfeld und den Kundenanforderungen zu reagieren. Daher wird diese Art der Umstellung auf mittlere und kleine Chargen mit hoher Flexibilität und starker Mobilität immer mehr geschätzt und eingesetzt.

Schlussfolgerung

Mit herkömmlichen Formentechnologien und -verfahren hergestellte Formen können die Marktnachfrage nur schwer erfüllen. Rapid Prototyping kann daher die Forschung im Formenbau unterstützen, damit sich der Formenbau in Zukunft in Richtung hoher Präzision, langer Lebensdauer und hoher Produktionseffizienz entwickeln kann.