Melhor controle de qualidade com peças impressas em 3D

Gabaritos e acessórios bem projetados permitem processos de manufatura eficientes e enxutos, mas o investimento em engenharia necessário para produzi-los pode limitar as operações com recursos limitados. Aqui, mostramos como a Markforged está usando nossas impressoras Mark Two para melhorar nossos processos de controle de qualidade, desenvolvendo melhores ferramentas de manufatura com peças impressas em 3D.


Por trás de cada impressora Markforged está a garantia de que cada subsistema foi rigorosamente verificado por nossa equipe de Controle de Qualidade quanto à consistência e aderência às nossas especificações de engenharia de precisão. No entanto, o teste de qualidade de cada sistema de cada impressora tem um custo - cada etapa de inspeção aumenta o tempo total de fabricação de uma impressora e um tempo mais longo em processamento reduz nossa capacidade de responder rapidamente a mudanças imprevisíveis na demanda. Como uma empresa pequena e em rápido crescimento, a agilidade de fabricação é fundamental para atender às necessidades de nossa base de clientes em expansão. Como resultado, a Markforged precisa ser inteligente sobre como validar subsistemas na manufatura, tanto em termos de tempo investido no processo de inspeção real, quanto no tempo de engenharia necessário para desenvolvê-lo. Por esse motivo, frequentemente imprimimos em 3D nossos gabaritos e acessórios de manufatura, pois a impressora Mark Two nos dá a capacidade de criar protótipos, testar e implantar rapidamente melhorias de processo para uso eficiente de nosso tempo de engenharia e manufatura.


Um exemplo particular da iteração rápida que nossas impressoras nos permitem alcançar é um gabarito de calibração de pré-carga de extrusora de náilon que usamos em nossa fabricação. A extrusora é um dos blocos de construção fundamentais da impressão 3D Fused Filament Fabrication (FFF). Para uma explicação rápida e de alto nível de como funciona uma extrusora, consulte este guia bem feito do blog do RepRap Squad.


Para garantir uma qualidade de impressão consistente em todas as impressoras, todas as nossas extrusoras de náilon são verificadas para garantir que o "sistema de compressão" mencionado na imagem acima aplica uma força ao filamento de náilon que está dentro de nossas especificações de tolerância de engenharia. Essa força é gerada dentro da extrusora por um par de molas, cuja pré-carga, ou nível de compressão inicial, pode ser ajustada para modificar a força exercida pela extrusora. Inicialmente, o processo de calibração desta extrusora foi realizado próximo ao final da montagem da impressora usando um gabarito projetado por Phillip, um de nossos engenheiros mecânicos especializado em instrumentação de máquina, e montado a partir de peças que cortamos por jato de água e usinamos fora de casa com um bastante longo, retorno de duas semanas. Embora o gabarito produzisse resultados extremamente precisos, demorou muito para realmente receber e montar suas peças componentes, descobrimos que precisávamos modificar o design quando as peças chegavam e, finalmente, tínhamos que gastar mais tempo retrabalhando-as em nosso própria usina CNC em casa. Do ponto de vista da fabricação, também descobrimos com o passar do tempo que quase todas as extrusoras que recebíamos de nosso fornecedor exigiam ajustes. Desde o in situ O gabarito de medição era mais difícil de localizar com precisão na extrusora instalada do que se a extrusora fosse removida da impressora montada, o que adicionado ao nosso tempo de fabricação da impressora, decidimos desenvolver um acessório que pudesse medir rapidamente um lote de extrusoras recebidas de nosso fabricante, enquanto ainda era fácil acessar os parafusos de ajuste.


Tínhamos alguns requisitos de design em mente quando desenvolvemos o novo acessório. O primeiro era produzir um rápido, ex situ - fora da impressora - aparelho de validação que um operador pode usar para calibrar lotes de extrusoras de uma vez. A segunda era incorporar um projeto poka-yoke, de modo que a extrusora se encaixasse em seu suporte de receptáculo de uma e somente uma maneira, evitando que o operador calibrasse incorretamente a extrusora por acidente. Finalmente, a pegada foi desejada para ser bastante compacta - dentro de um envelope de pegada de 12 "x 12" idealmente, uma vez que viveria em nossa fábrica e não poderia ocupar muito espaço na bancada.


Bennett, outro de nossos engenheiros mecânicos, (de quem você deve se lembrar de nosso artigo sobre dobradiças vivas e elementos de flexão) produziu o gabarito de calibração final que você pode ver aqui. Todo o sistema é baseado em um medidor de força Omega (um da série DFG35 para ser exato). A extrusora de náilon é inserida em seu receptáculo à esquerda do gabarito na imagem abaixo, com a roda livre acionada por mola flutuante que adiciona força ao sistema apontando para a sonda de medição do medidor. O conjunto do medidor de força é preso a um trilho linear que permite que ele deslize livremente ao longo do eixo de movimento da roda intermediária flutuante. Finalmente, um parafuso de aperto manual com uma cabeça flutuante é rosqueado através de uma inserção de latão fundido de modo que, girando-o, pressione o medidor de força no conjunto da polia suspensa sem transmitir um torque ao medidor.


Bennett adicionou uma série de recursos a este gabarito que são exclusivos para a impressão 3D e para a fabricação de peças de força industrial com uma impressora Markforged. Como você pode ver na imagem abaixo, ele utilizou uma técnica de colocação de fibra que chamamos de 'striping de fibra' para adicionar algumas camadas de fibra a cada 20-40 camadas de impressão, produzindo uma peça que é extremamente forte, embora permaneça em custo e material. eficiente. Além disso, o receptáculo da extrusora foi produzido de forma rápida e econômica como uma única peça, com geometria que exigiria uma usinagem CNC cara com várias configurações de máquina.


O produto final agora fica em nossa fábrica, onde nos permitiu reorganizar nossos processos de controle de qualidade para um uso mais eficiente do tempo de nossos técnicos de produção, permitindo-nos colocar mais impressoras Mark Two nas mãos de nossos clientes.