Garras de fresagem de fresagem em 3D

O problema da usinagem hoje é simples:é caro e leva muito tempo. Tempo de um operador qualificado. Tempo em uma máquina cara. É hora de configurar. É hora de ter uma parte em mãos.



Esse problema se torna extremamente doloroso quando se trata de usinagem de ferramentas personalizadas - a produção de acessórios, gabaritos, moldes e padrões. O ferramental é tradicionalmente uma das partes mais demoradas e caras do processo de usinagem. Novamente, por que usar ferramentas é tão doloroso?



É demorado e caro.

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Consome tempo

O processo típico para obter um conjunto de mandíbulas de fresagem personalizadas é:



Mandíbulas de design em software de design auxiliado por computador (CAD)


1. Projeto / desenho de mandíbulas em CAD


2. Aprovar o projeto das mandíbulas


3. Programar CNC


4. Programar mandíbulas no CNC


5. Mandíbulas da máquina em CNC


6. Espere ...


7. Entregar mandíbulas


No momento em que as mandíbulas são entregues, até cinco pessoas diferentes tocaram nele no processo. Um engenheiro de design para projetar as mandíbulas. Um gerente para assinar o projeto / desenho. Um programador para programar o CNC. Um maquinista habilidoso para usinar as mandíbulas.



Agora, o que acontece quando a parte que as mandíbulas foram projetadas para segurar iterou de Apocalipse 1 a Apocalipse 2 e, eventualmente, Apocalipse 3? Cada revisão resulta em uma revisão das mandíbulas, e todo o processo começa novamente a partir do primeiro passo.

Caro

Em volumes de baixa produção, os fabricantes recusam a produção ou cobram um prêmio por custo unitário. O problema inerente às ferramentas é que elas não geram receita. Por exemplo, o custo para um fabricante de usinar um conjunto de mandíbulas de fresamento em um CNC é o tempo de máquina parada, mão de obra e despesas gerais. A usinagem de mandíbulas de fresamento não ajuda os resultados financeiros do fabricante. Se as mandíbulas nunca forem usadas novamente, a fim de recuperar o custo inicial inicial e suas iterações sucessivas, o custo das mandíbulas é apostado e distribuído entre as mandíbulas de fresamento finais de produção ou o uso final, peças geradoras de receita sendo usinado.



É aqui que entra a manufatura aditiva - coloquialmente conhecida como impressão 3D.

Fabricação de aditivos

Além de permitir mais liberdade no projeto, a manufatura aditiva muda drasticamente o ferramental de demorado e caro para prático e acessível. Para ferramentas únicas, a manufatura aditiva abre a porta para os fabricantes melhorarem seus resultados, reduzindo o tempo de inatividade da máquina CNC, mão de obra e despesas gerais para apenas o custo do material. Conforme mostrado na Figura 1, é extremamente acessível para ferramentas únicas de impressão 3D em comparação com a fabricação convencional.



A manufatura aditiva agiliza a produção de peças de uso final e geradoras de receita, reduzindo drasticamente seu tempo de chegada ao mercado. Com a manufatura aditiva, as mandíbulas podem ser impressas imediatamente após o projeto, rompendo completamente o paradigma de fabricação de ferramentas.



Já se foram os dias árduos de projetar, elaborar, aprovar, programar, agendar, usinar, inspecionar e repetir; Já se foram os dias de amarrar um CNC gerador de receita para usinar um conjunto de mandíbulas; Já se foram os dias de consumir os dias dos programadores CNC programando para usinar um conjunto de mandíbulas. Quanto mais rápido o ferramental estiver disponível, mais rápido as peças de uso final e geradoras de receita podem ser usinadas.

Leia nosso Guia de design de compósitos

Como imprimir mandíbulas de fresagem em 3D

Ao projetar mandíbulas de fresamento para impressão 3D, os três pré-requisitos são compreender o design de mandíbulas de fresagem, CAD e Fabricação de fibra contínua (CFF). O primeiro e o segundo pré-requisitos são autoexplicativos. Como último pré-requisito, mandíbulas de fresagem de impressão 3D é uma questão de orientação e reforço com CFF. Então, o que é CFF?

Fabricação Contínua de Fibra (CFF)

As tecnologias de manufatura aditiva do passado imprimem termoplásticos muito fracos para resistir aos ambientes hostis da usinagem CNC. Com a introdução da Fabricação de Fibra Contínua (CFF), a Markforged interrompeu a indústria de manufatura aditiva, imprimindo com fibras contínuas (fibra de carbono, Kevlar® e fibra de vidro) para reforçar as peças impressas termoplásticas. A resistência das fibras contínuas é mostrada na Figura 2.


Por exemplo, a peça de trabalho do rolamento de agulhas mostrada na Figura 3 requer uma operação de fresamento de face em uma de suas faces. As mandíbulas de fresagem usadas para essa operação são mostradas na Figura 4.


As fibras contínuas são impressas no plano XY paralelo à placa de impressão, tornando a orientação crítica! Ao considerar como orientar um conjunto de mandíbulas de fresagem para impressão, o segredo do sucesso é entender como a pressão de fixação será aplicada às mandíbulas e como direcionar as fibras contínuas para neutralizar as pressões de fixação. Por exemplo, as mandíbulas mostradas na Figura 4 são projetadas para prender na peça de trabalho para uma operação de fresa de facear. As pressões de fixação estão nos pontos de contato conforme a peça de trabalho. Nos pontos de contato, as mandíbulas experimentam as pressões de fixação como uma força compressiva causada pela peça de trabalho e pelo torno, conforme mostrado na Figura 5.


Para rotear a fibra contínua de maneira ideal para neutralizar as forças compressivas, é importante entender que as fibras são mais fortes sob tensão. Ao reforçar as mandíbulas de fresagem com fibra contínua, encaminhe a fibra para maximizar o número de fibras que podem ser colocadas em tensão. Na Figura 6, as fibras contínuas são encaminhadas concentricamente em torno das paredes externas da peça e serão colocadas em tensão devido às forças de compressão.


As fibras contínuas colocadas em tensão resistem às forças de compressão para manter as mandíbulas dimensionalmente estáveis. É importante observar que o uso do torno para prensar as mandíbulas e reforçá-lo contra as forças de cisalhamento nas camadas impressas desempenha um papel fundamental. Ao considerar o design da mandíbula, maximize a quantidade de contato da superfície com o torno.

Mandíbulas de fresamento avançadas para impressão 3D

A próxima etapa nas mandíbulas de fresagem de impressão 3D é a criação de uma mandíbula de fresagem modular. Por exemplo, em vez de imprimir toda a mandíbula mostrada na Figura 4, considere usar um conjunto de mandíbulas rígidas como "espaços em branco" e mandíbulas macias para impressão 3D como "inserções". Conforme mostrado na Figura 7, a mandíbula de metal usinada é o "vazio" mostrado em roxo, e a mandíbula macia composta impressa em 3D é a "inserção" mostrada em verde. Visto que a geometria conformada muda entre diferentes peças de trabalho, uma peça bruta pode servir para muitas pastilhas.


Embora as mandíbulas CFF sejam ótimas para substituir as mandíbulas de alumínio devido à paridade na resistência e à natureza não danificada dos compósitos, o que acontece quando há necessidade de substituir as mandíbulas de aço? Aproveitando a mesma ideia de modularidade, o “blank” pode ser alumínio usinado ou CFF impresso em 3D, enquanto os “insertos” são impressos em 3D no Metal X System por um processo conhecido como Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM). Com o lançamento atual do aço inoxidável 17-4PH e do aço ferramenta H13, o Metal X System preserva todas as vantagens da impressão 3D, como geometrias conformadas, respostas rápidas e custos reduzidos, e atende às propriedades do material necessárias para substituir o aço mandíbulas.



Fazendo a transição das prateleiras de ferramentas para uma solução rápida e intercambiável, a mandíbula de fresamento modular é o futuro da manufatura. A manufatura aditiva ainda muda o ferramental de manufatura de demorado e caro para ainda mais prático e acessível.

Como obter as melhores mandíbulas de fresamento para impressão 3D

Mandíbulas de torno de fresamento de impressão 3D não é ciência de foguetes, mas requer uma compreensão fundamental de projeto de torno de fresamento, CAD e CFF. As etapas importantes a serem lembradas são:


(1) determinar as pressões de aperto nas mandíbulas do torno de fresagem entre a peça de trabalho e o torno;


(2) escolher uma orientação de impressão que maximize as fibras em tensão contra as pressões de aperto; e


(3) reforçar com fibras contínuas em tensão.


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