Proces szybkiego formowania wtryskowego

Szybkie formowanie wtryskowe odnosi się do procesu, który wykorzystuje techniki formowania wtryskowego, aby umożliwić szybką produkcję wysokiej jakości części z tworzyw sztucznych. Dzięki połączeniu szybkości i wydajności z inżynierią, wiele trwałych produktów przemysłowych i konsumenckich jest wytwarzanych przy niskich kosztach oprzyrządowania. Narzędzia do obróbki NC i aluminiowe pręty są najczęściej używanym sprzętem w RIM, co pomaga skrócić czas realizacji i koszty produkcji. RIM odgrywa znaczącą rolę w szybkim prototypowaniu, a tym samym stanowi pomost między prototypowaniem a produkcją na pełną skalę. Części produkowane za pomocą RIM mogą obejmować od kilku jednostek do tysięcy części. Dlatego też proces ten sprawia, że jest to najlepszy wybór dla branż, w których liczy się szybkość, elastyczność projektowania i możliwość produkcji.

Metody szybkiego formowania wtryskowego

Szybkie formowanie wtryskowe to uproszczona wersja tradycyjnego formowania wtryskowego, której głównym celem jest produkcja części w krótszym czasie. Osiągnięcie tego procesu wymaga innowacyjnych technik i zaawansowanej technologii, aby osiągnąć cel dopracowania projektu. Metoda ta zmieniła sposób, w jaki branże rozwijają swoje produkty. Niezależnie od tego, czy jesteś projektantem produktu, czy producentem, który chce zwiększyć skalę produkcji, poznanie metod stosowanych w tym procesie jest niezbędne.

Szybkie prototypowanie do tworzenia form

Prototypowanie odnosi się do tworzenia w pełni funkcjonalnego modelu nowego projektu, który ma zostać ulepszony lub dopracowany przed masową produkcją. Prototypowanie jest cennym ubezpieczeniem od wad projektowych, tolerancji lub dopasowań oraz jakości. Szybkie prototypowanie umożliwia szybką produkcję form i wkładek do form, ułatwiając szybsze formowanie wtryskowe. Osiągnięcie tego celu jest możliwe dzięki takim sposobom jak:

1. Druk 3D

Technologia ta umożliwia tworzenie projektów form o pewnym poziomie złożoności, w przeciwieństwie do innych tradycyjnych metod tworzenia form, takich jak obróbka CNC. Materiał jest nakładany warstwa po warstwie na podstawie projektów CAD. W porównaniu z konwencjonalnymi procedurami wytwarzania form, produkcja addytywna doskonale sprawdza się w przypadku złożonych geometrii, szybkiego prototypowania i produkcji małoseryjnej. Formy drukowane 3D mają również zwiększoną kompatybilność materiałową i często są idealne do odlewania silikonu i metalu. Najczęściej stosowanymi materiałami są żywica SLA (stereolitografia) lub polimery wypełnione metalem.

2. Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS)

DMLS to bardziej zaawansowana forma druku 3D. Jest on zazwyczaj wykorzystywany do tworzenia metalowych form. Laser o dużej mocy łączy metalowe proszki i osady, aby zbudować formę bezpośrednio z danych CAD.

Formy aluminiowe

Stopy aluminium są uważane za najlepszą alternatywę dla form stalowych, ponieważ są szybsze dla maszyny. Co więcej, aluminium zwiększa wytrzymałość i twardość formy, oferując jednocześnie korzyści w postaci lekkości i przewodności cieplnej. Są one również tańsze, o około połowę od form stalowych.

Aluminiowe formy wtryskowe są lepszym wyborem niż formy drukowane 3D, ponieważ te ostatnie ograniczają złożoność materiału i części oraz nie oferują dużej dokładności wymiarowej. Dlatego też aluminiowe formy wtryskowe są najbardziej odpowiednie do prototypowania i krótkich serii produkcyjnych

Oprzyrządowanie miękkie

Są to wgłębienia wycięte z niemetalicznych lub bardziej miękkich materiałów, takich jak uretan, silikon i niektóre rodzaje tworzyw sztucznych, aby ułatwić obróbkę wgłębień. Trwałość i długa żywotność nie są w tym przypadku głównymi wymaganiami, co czyni je idealnymi do prototypowania i ograniczonej produkcji.

Modułowe systemy form

 Modułowy zespół formy składa się ze stałej strony (znormalizowanej podstawy) i strony wypychacza tworzącej wymienne moduły. Moduły te obejmują suwak i puste moduły. Wymienne komponenty (niestandardowe wkładki) umożliwiają producentowi dostosowanie się do form o różnych zastosowaniach i konstrukcjach bez konieczności stosowania zupełnie nowego narzędzia. Wkładki są projektowane z określonymi geometriami części, ponieważ podstawa pozostaje niezmienna w różnych projektach. W większości przypadków wspiera to produkcję małoseryjną, ale dzięki modyfikacji i modernizacji wkładek możliwe jest zwiększenie wolumenu produkcji.

Oprzyrządowanie mostów

Szybkie formowanie wtryskowe wykorzystuje oprzyrządowanie pomostowe, aby zapewnić tymczasowe rozwiązania, działając jako pomost od prototypowania do produkcji na pełną skalę. Producenci używają go, aby zaspokoić natychmiastowe potrzeby produkcyjne podczas opracowywania trwałych form.

Cyfrowe projektowanie i symulacja form

Cyfrowe projektowanie i symulacja form to zaawansowane technologie, których nie można ignorować w nowoczesnych procesach formowania wtryskowego. Producenci mogą wykorzystać zaawansowane oprogramowanie, takie jak CAD i CAE, aby zoptymalizować projekty form i osiągnąć większą dokładność. Ponadto szybka i sprawna obróbka pomaga przyspieszyć produkcję narzędzi.

Różnice między tradycyjnym formowaniem wtryskowym, szybkim formowaniem wtryskowym i prototypowym formowaniem wtryskowym

Podstawową zasadą tych procesów jest wtryskiwanie stopionego materiału do formy. Wyróżnia je jednak szybkość i elastyczność. Tradycyjne formowanie wtryskowe wiąże się z produkcją wielkoseryjną, wymagającą większej trwałości narzędzi i dłuższego czasu. Szybkie formowanie wtryskowe Koncentruje się na zwiększonym procesie produkcyjnym, dzięki czemu nadaje się do krótkich serii i krótkich czasów realizacji.

Z drugiej strony, formowanie wtryskowe prototypów to metoda produkcji, która oferuje szybkie prototypowanie przed faktyczną produkcją wielkoseryjną. Prototypowanie jest formą posiadania modelu nowego projektu do produkcji niestandardowych części lub ulepszania istniejącego projektu.

Zalety i innowacyjne punkty procesu szybkiego formowania wtryskowego

Szybkość i wydajność

Jest to jedna z najważniejszych zalet szybkiego formowania wtryskowego. Proces ten umożliwia produkcję części w ciągu kilku dni lub tygodni, a nie miesięcy. Prototypy są opracowywane szybciej, osiągając etapy produkcji. Pomaga to w wyprzedzaniu konkurentów na rynku i testowaniu koncepcji. Zastosowanie zaawansowanej technologii w celu utrzymania spójności i jakości produkcji prowadzi do ciągłego procesu produkcyjnego i wydajności.

Efektywność kosztowa

RIM jest bardziej przystępny cenowo, zwłaszcza w przypadku prototypów i produkcji nisko- i średnioseryjnych. Wybór form aluminiowych i obróbki CNC minimalizuje koszty narzędzi, ponieważ aluminium jest tańsze niż formy stalowe. Ta przystępna cena pozwala firmom nadal utrzymywać wysoką jakość produkcji w ramach kontrolowanego budżetu.

Elastyczność projektowania

Elastyczność konstrukcji oprzyrządowania pozwala na tworzenie skomplikowanych projektów i złożonych geometrii. Pozwala również na dostosowanie form poprzez działania boczne i ręczne ładowanie wkładek.

Zrównoważona produkcja i redukcja odpadów

Dokładność i precyzja szybkiego formowania wtryskowego skutkuje zmniejszeniem ilości odpadów zgodnych z praktykami przyjaznymi dla środowiska. Ochrona zasobów poprzez efektywne wykorzystanie materiałów przyczynia się do zrównoważonego rozwoju i pomaga utrzymać ślad środowiskowy.

Integracja wytwarzania przyrostowego.

Zastosowanie druku 3D pozwala na opracowanie szczegółowych wkładek do form z materiałów takich jak SLA polimerów wypełnionych żywicą lub metalem. Cechy te nie są łatwe do osiągnięcia poprzez tradycyjną obróbkę skrawaniem.

Kontrola jakości i powtarzalność

Przyjęcie systemów monitorowania i kontroli jakości w czasie rzeczywistym pomaga w utrzymaniu serii produkcyjnych i gwarantuje, że każdy komponent spełnia wymagania i ustalone standardy.

Ciągłe monitorowanie za pomocą statystycznej kontroli procesu (SPC) zapewnia, że komponenty są spójne i zgodne z danymi statystycznymi.

Ogólne wymagania klientów i analiza kosztów i korzyści szybkiego formowania wtryskowego

Spełnienie krytycznych wymagań klientów jest jednym z wielu czynników wpływających na analizę kosztów i korzyści szybkiego formowania wtryskowego. Zazwyczaj klienci priorytetowo traktują elastyczność, szybkość, opłacalność i jakość, a szybkie formowanie wtryskowe równoważy te wymagania, zapewniając producentom stosunek kosztów do korzyści.

Wymagania klientów

Krótszy czas realizacji i szybkie cykle produkcyjne pozwalają klientom sprostać wymaganiom rynku, takim jak zmieniające się trendy produktowe i wprowadzanie nowych produktów. Szybkie formowanie wtryskowe rozwiązuje tę kwestię w porównaniu z tradycyjnymi procesami.

Elastyczność projektowania: Prototypy i produkcje małoseryjne są odporne na częste zmiany konstrukcyjne. Ta elastyczność umożliwia klientom dostosowanie się do zmian zachodzących na etapach rozwoju.

Wysoka jakość i precyzja: Jednym z głównych oczekiwań klientów jest stała jakość części. Niezależnie od prędkości, produkt musi gwarantować zarówno funkcjonalność, jak i estetykę.

Efektywność kosztowa: Klienci potrzebują przystępnych cenowo rozwiązań produkcyjnych bez poświęcania jakości. Korzystanie z miękkich narzędzi, takich jak aluminium, obniża początkowe koszty produkcji.

Analiza kosztów i korzyści

Efektywność kosztowa: Szybkie formowanie wtryskowe wykorzystuje ekonomiczne rozwiązania, takie jak formy aluminiowe, aby obniżyć początkowe koszty inwestycji. Precyzja i dokładność minimalizują straty materiału podczas produkcji. Niskie nakłady zmniejszają zapotrzebowanie na kosztowne formy hartowane.

Prędkość: Branże takie jak elektronika użytkowa i urządzenia medyczne zyskują przewagę konkurencyjną, gdy ich produkty są szybciej prezentowane na rynku. Szybkie tworzenie i testowanie prototypów skraca czas opracowywania produktu.

Jakość a trwałość: Wysokiej jakości części produkowane metodą szybkiego wtrysku gwarantują satysfakcję klienta bez utraty wydajności. Chociaż formy te mogą nie wytrzymać dłużej niż tradycyjne formy stalowe, są one odpowiednie do produkcji na niskim i średnim poziomie.

Elastyczność i personalizacja-Dzięki szybkiemu formowaniu wtryskowemu częste zmiany konstrukcyjne są mniej kosztowne. Innowacyjne projekty spełniające specyficzne potrzeby klientów są łatwo obsługiwane.

Branże odpowiednie do szybkiego formowania wtryskowego

1. Elektronika użytkowa

Obudowy i komponenty wewnętrzne, w szczególności, wykorzystują szybkie prototypowanie do opracowywania obudów i etui do smartfonów, tabletów i urządzeń do noszenia. Zdolność do produkcji części z wąską tolerancją umożliwia ich idealne dopasowanie do urządzeń. Możliwe szybkie modyfikacje projektów zapewniają, że produkt spełnia wymagania klientów w zakresie estetyki i funkcjonalności.

2. Przemysł lotniczy

Szybkie tworzenie prototypów do testowania i walidacji jest korzystne dla przemysłu lotniczego ze względu na surowe standardy bezpieczeństwa i wydajności. Inżynierowie i projektanci mogą szybko zaprojektować i zoptymalizować komponenty przed rozpoczęciem produkcji na pełną skalę. Lekkie i wytrzymałe komponenty, takie jak wnętrze kabiny i kanały powietrzne, wykorzystują szybkie formowanie wtryskowe.

3. Przemysł motoryzacyjny

Wraz z ostatnimi zmianami w rozwijającym się przemyśle motoryzacyjnym w kierunku samochodów elektrycznych i pojazdów autonomicznych, RIM odgrywa ważną rolę w opracowywaniu prototypów nowych projektów. Umożliwia producentowi tworzenie trwałych i precyzyjnych części, takich jak pokrętła, złącza i panele wewnętrzne.

4. Sektor budowlany

Materiały konstrukcyjne, takie jak złącza, kształtki i elementy złączne, są produkowane metodą szybkiego formowania wtryskowego. Części te muszą być trwałe i mocne, co jest cennym wymogiem w branży budowlanej.

5. Rolnictwo

Szybkie formowanie wtryskowe produkuje niestandardowe oprzyrządowanie i specjalne części do maszyn rolniczych. Większość z tych maszyn pracuje na polach, a technologia ta z łatwością tworzy i modyfikuje wytrzymałe, odporne na promieniowanie UV części.

6. Obrona i bezpieczeństwo

Sprzęt taki jak broń palna, sprzęt ochronny i urządzenia komunikacyjne muszą być trwałe i wytrzymałe. Szybki czas procesu pozwala na produkcję krytycznych części, zapewniając, że pilne operacje obronne nie zostaną opóźnione.

Studium przypadku: Wprowadzenie produktu na rynek dla firmy z branży elektroniki użytkowej

Wiodąca firma z branży elektroniki użytkowej opracowuje nowy monitor fitness do noszenia. Dotrzymanie napiętego terminu stało się strasznym doświadczeniem, a oni robią wszystko, co w ich mocy, aby zapewnić, że produkt pojawi się na rynku na czas. Proponowany produkt to mała, skomplikowana zewnętrzna obudowa z tworzywa sztucznego, która chroniłaby wewnętrzne części, oferując jednocześnie estetyczny wygląd. Tradycyjne metody formowania wtryskowego stanowiły wyzwanie ze względu na czas tworzenia narzędzi i wysoki początkowy koszt produkcji.

Wyzwanie

Ograniczenie czasowe: Szacuje się, że czas wydania produktu wyniesie 8 tygodni, aby dostosować się do kampanii marketingowej.

Złożoność projektu: Zewnętrzna część obudowy ma złożoną konstrukcję i musi przestrzegać ścisłych tolerancji, aby zapewnić idealne dopasowanie części wewnętrznych do projektu. Elegancki wygląd powinien przypaść do gustu klientom.

Koszt: Szacowany początkowy nakład potrzebny do testów rynkowych wynosił 8000 sztuk. W związku z tym firma zamierzała uniknąć wydatków związanych z tradycyjnymi formami stalowymi.

Rozwiązanie: Szybkie formowanie wtryskowe

Rozwiązaniem okazała się współpraca z dostawcą usług szybkiego formowania wtryskowego specjalizującym się w tworzeniu form aluminiowych. Poniżej przedstawiono etapy rozwoju produktu;

Cyfrowy projekt formy: Wykorzystano zaawansowane oprogramowanie CAD i narzędzia symulacyjne, aby ułatwić projektowanie form i ich obróbkę.

Szybkie CNC obrabiana technologicznie forma aluminiowa znacznie skraca czas realizacji. Forma została ukończona w 8 dni.

Wybór materiału: Lekki, wytrzymały polimer z tworzywa sztucznego został wybrany, aby spełnić standardy trwałości i estetyki produktu.

Początkowa partia 8000 jednostek została ukończona w określonym czasie 7 tygodni, spełniając ustalone oczekiwania i jakość.

Wyniki

Oszczędność kosztów: Firma zmniejszyła początkową inwestycję, wybierając aluminiową formę, co pozwoliło zaoszczędzić około 60% kosztów oprzyrządowania.

Krótszy czas wprowadzenia na rynek: Produkt został ukończony i wprowadzony na rynek w wyznaczonym czasie, umożliwiając firmie wykorzystanie sezonowego popytu klientów.

Jakość wyjściowa: Ukończona obudowa spełniła rygorystyczne wymagania dotyczące jakości i estetyki oraz zapewniła pozytywne opinie klientów.

Weryfikacja rynkowa: Firma zebrała opinie użytkowników poprzez uruchomienie początkowej partii, które zostały wykorzystane do wprowadzenia poprawek projektowych przed skalowaniem do produkcji wielkoseryjnej przy użyciu form stalowych.

Wnioski

To studium przypadku pokazuje, w jaki sposób szybkie formowanie wtryskowe może znacząco przyczynić się do rozwiązania trudnych problemów gospodarczych. Może pomóc firmom osiągnąć ich cele i urzeczywistnić marzenia. Dzięki RIM firmy mogą pracować nad projektami, ponieważ wiedzą, że dotrzymają terminu, zaoszczędzą na kosztach i wyprodukują wysokiej jakości produkty bez poświęcania jakości. Takie podejście wzmocniło pozycję firmy i zapewniło jej przewagę konkurencyjną w ciągle zmieniającej się branży elektroniki użytkowej.

Podsumowanie

 Szybkie formowanie wtryskowe jest obecnie bardziej niezawodne niż kiedykolwiek wcześniej, ponieważ jest to szybka i elastyczna forma produkcji, która w znacznym stopniu przyczyniła się do rozwoju przemysłu wytwórczego. Stale rozwijająca się technologia i zwiększone zapotrzebowanie na szybszą i bardziej wydajną produkcję stawiają szybkie formowanie wtryskowe na czele nowoczesnej produkcji. Dlatego przyszłość jest obiecująca!