Benötigen Sie ein kundenspezifisches Abkantwerkzeug

Unter normalen Umständen hätte Olson einen kundenspezifischen Stempel für Abkantpresse und Stempel bestellt. Dies wäre kein Problem für eine große Bestellung, aber es waren nur wenige hundert Teile erforderlich. Er konnte ein benutzerdefiniertes Tool wirklich nicht rechtfertigen.

Oder könnte er? Das Werkzeug konnte offensichtlich nicht aus Werkzeugstahl präzise bearbeitet werden. Aber musste es Metall sein? Könnte es ein Harz oder ein Thermoplast sein? Schließlich sind Urethan-Abkantwerkzeuge seit Jahren für bestimmte oberflächenkritische Anwendungen im Einsatz. Warum kann kein benutzerdefiniertes Bremswerkzeug gedruckt werden?

Das Potenzial von Kunststoff

Wenn ein Fabrikationsgeschäftsleiter sieht, wie eine 3-D-Druckmaschine Schicht für Schicht ein Kunststoffteil druckt, fallen mir unzählige Anwendungen ein. Wie wäre es mit einer Poka-Yoke-Halterung in der Montage? Eine Vorrichtung, um ein ungerades Stück zur Inspektion zu halten? Vielleicht spezielle Hinteranschlagfinger an der Abkantpresse für das Messen anspruchsvoller Geometrien?

Alle diese Anwendungen bedürfen einer Überlegung, aber die betroffenen gedruckten Komponenten werden nicht immens unter Druck gesetzt. Nicht so bei einem Abkantwerkzeug. Wie die Quellen gezeigt haben, erfordert die Entwicklung eines Werkzeugs mit additiver Technologie mehr als nur das Auswählen eines Materials und das Schlagen des Drucks.

Eine große Überlegung ist die Wahl der Druckmethode. Ein übliches Verfahren umfasst die Fused Filament Fabrication (FFF), ein Materialextrusionsadditivverfahren, das auch unter den geschützten Namen von Fused Deposition Modeling (FDM von Stratasys) und anderen bekannt ist. Bei diesem Verfahren scheidet ein Druckkopf Schicht für Schicht ein erhitztes Material wie einen Thermoplasten ab.

Andere Verfahren fallen unter eine Kategorie, die als Bottich-Photopolymerisation bezeichnet wird. Bei diesen Prozessen interagiert Licht mit einem Becken aus flüssigem Harz, und die freiliegenden Harzbereiche werden in einen festen Teil umgewandelt. Prozesse wie Stereolithographie-Geräte (SLA), digitale Lichtverarbeitung (DLP) und digitale Lichtsynthese (DLS) nähern sich dem Prozess auf unterschiedliche Weise an, aber sie fallen alle in diese Kategorie.

Seit Jahren setzt das Unternehmen in seinen eigenen Produkten die 3-D-Drucktechnologie ein. Wenn Sie bei einem kürzlich erworbenen Wilson-Spannsystem eine Kunststoffkomponente sehen, besteht eine gute Chance, dass diese Komponente von einem 3-D-Drucker in Wilsons Werk stammt. „Wir haben jetzt etwa 25 Teilenummern, die additive Prozesse durchlaufen“, sagte Rogers, „und wir haben weitere 80 Teilenummern, die in naher Zukunft additive Prozesse durchlaufen werden.“ Diese Teile haben kein hohes Produktionsvolumen und das Design einiger kann sich häufig ändern. Durch das Drucken werden die Bearbeitungskosten für Spritzgussformen oder Kunststoff-Spritzgussformen einfach aufgehoben. "Und wenn wir das Design ändern müssen, müssen wir uns keine Sorgen um die Werkzeugausstattung machen", sagte Rogers. "Alles, was es braucht, ist eine ECR-Anforderung (technische Änderungsanforderung), und wir sind bereit zu gehen."

Mit internen 3-D-Druckern hat Wilsons Forschungs- und Entwicklungsabteilung seit langem mit Vorrichtungen, Vorrichtungen und Arbeitshaltung experimentiert. Viele der Kaizen-Events des Unternehmens endeten mit der Bitte um ein gedrucktes Poka-Joch-Gerät. Im Laufe der Jahre führten Ingenieure Experimente durch und druckten verschiedene Werkzeuge, um zu sehen, wie sie unter Druck stehen würden. In den letzten Jahren haben die Bemühungen im Bereich Forschung und Entwicklung ernsthaft begonnen, und alle Tests führten zum Start der additiven Division des Unternehmens im Oktober 2018.

Der Geschäftsbereich bietet zwei Dienstleistungen an: gedruckte Abkantpressen und gedruckte Unterstützungskomponenten. Benötigt ein Hersteller beispielsweise ein gedrucktes Bremswerkzeug sowie eine Kunststoff-Trägerkomponente, z. B. einen Prototyp, eine Vorrichtung oder ein Werkzeug für eine Blechbaugruppe, kann Wilsons 3-D-Druckservice für beide Anforderungen eingesetzt werden.

Das Drucken eines Abkantwerkzeugs kann sehr viel komplizierter sein als das Drucken eines Go / No-Go-Messgeräts. „Wir haben viele verschiedene additive Technologien und Materialien ausprobiert“, sagte Rogers, „um herauszufinden, was am besten funktioniert, was Langlebigkeit, Stress und Teilequalität in verschiedenen Konfigurationen betrifft. Und im Laufe der Zeit haben wir die Auswahl eingegrenzt. “

Das Unternehmen endete mit einem Harz-basierten Verfahren (DLS) sowie einem Extrusionsverfahren (FDM). "Wir haben mehr Technologien im eigenen Haus, aber das sind die beiden additiven Technologien, die wir beim Start von Druckwerkzeugen einsetzen werden."

Rogers fügte hinzu, dass kundenspezifische Werkzeuge für das Luftbiegen von 14-Gauge-Kohlenstoffstahl und dünner erhältlich sein werden, wobei die Tonnage-Grenzwerte für verschiedene Materialtypen abhängig von der Zugfestigkeit sind. Die Werkzeuge können Längen von 12 Zoll und weniger biegen.

Metall- und Polymerkomponenten werden auch zusammen verwendet. Zum Beispiel hat das Unternehmen kundenspezifische Werkzeugabschnitte mit komplizierten Einkerbungen gedruckt, die mehr als ein Dutzend winziger Klammern in einem Zug bilden, und es wurde auf Werkzeugstahlunterfütterungen montiert.

Wie Rogers in einem anderen Beispiel beschrieben hat: „Wenn wir beispielsweise einen Schwanenhalsstempel haben, den wir für eine Anwendung mit geringer Markierung [oberflächenempfindliches Material] machen müssen, können wir das Arbeitsende des Werkzeugs aus einem Polymermaterial bestehen. aber der Körper des Schwanenhalses wäre aus Stahl. “

Für all dies waren die Lebenszyklus-Tests des Unternehmens von zentraler Bedeutung. Rogers und sein Team haben den Werkzeugverschleiß bis zu 1.000 Biegezyklen analysiert und dabei die Unterschiede in der Bauteilqualität und dem Verschleißverhalten zwischen der ersten und der letzten Kurve untersucht.

Wie tragen sich diese gedruckten Werkzeuge? Es stellt sich heraus, dass sie in einer Luftbiege-Situation genauso abgenutzt werden wie herkömmliche, präzisionsgeschliffene Werkzeuge. Die drei Berührungspunkte - einschließlich der beiden Schulterradien der Matrize und der Stempelspitze - werden zuerst abnutzen. "Und beim Bohren und Prägen tritt der Verschleiß überall dort auf, wo das Material [während des Biegungszyklus] gleitet", sagte Rogers.

Was das Unternehmen bauen kann, hängt von der Anwendungstonnage ab, da es sich auf die Streckgrenze und Zugfestigkeit eines gedruckten Werkzeugs bezieht. Um sie für ein bestimmtes, gedrucktes Werkzeug zu identifizieren, müssen Tests und Finite-Elemente-Analysen durchgeführt werden.

Eine Analyse ist besonders wichtig, wenn ungewöhnliche Biegegeometrien in Angriff genommen werden müssen. Dies ist natürlich ein wichtiger Grund, ein kundenspezifisches Bremswerkzeug überhaupt zu bestellen. Dazu gehören Multi-Bend-Werkzeuge wie Offsets und Hat-Channel-Werkzeuge, die während eines einzelnen Hubs mehrere Biegungen ausführen.

"Wenn wir eine fünftenseitige Box in einem Treffer bilden und FDM-Druck verwenden, wird die Werkzeugstärke in einer Richtung schwächer", sagte Rogers. „Wir müssen also sicherstellen, dass wir das richtige Material verwenden, um diese Faktoren auszugleichen. Oder wir könnten zu einem Harzdruckverfahren [DLS] wechseln, das uns zu einer besseren Verbindung zwischen den Schichten führt. “

Ein 3D-gedrucktes Werkzeug ist natürlich nicht für jede Anwendung verfügbar. „Wenn wir Werkzeugstahl herstellen, können wir ihn selbstverständlich so bauen, dass er den Anforderungen einer breiten Palette von Anwendungen gerecht wird“, sagte Rogers. "Aber wenn es sich um ein gedrucktes Werkzeug handelt, müssen wir bei dem, was wir tun, ein wenig selektiver sein."

"Es geht darum, die Fähigkeit zu haben, ein Standardwerkzeug zu verwenden, um es auf andere Weise herzustellen und nicht nur kürzere Durchlaufzeiten zu erreichen", sagte Beaupre, "sondern es wird auch nach Möglichkeiten gesucht, die nächste Generation des Werkzeugs zu erstellen. ”

Rogers fügte hinzu, dass die gedruckten Werkzeuge nicht unbedingt für Operationen geeignet sind, bei denen Teile mit Toleranzen hergestellt werden müssen, die kleiner als +/- 0,010 Zoll sind. Dies gilt beispielsweise für Anwendungen in der Nuklearindustrie, bei denen die Materialeigenschaften und die Biegeprozesse der Werkstücke bis zum n-ten Grad gesteuert werden. Bedruckte Werkzeuge können jedoch die Anforderungen der meisten Präzisionsfertiger erfüllen, die innerhalb von +/- 0,015 Zoll gebogen werden müssen.

Rogers fügte hinzu, dass der große Vorteil in der Durchlaufzeit liegt, und hier könnte der 3D-Druck ein allgegenwärtiges Problem unter den kundenspezifischen Herstellern lösen. Eine Angebotsanfrage hat mehrere Biegungen zur Folge, die - es geht nicht darum herum - ein spezielles Werkzeug erfordern. Der Shop könnte den Job bekommen, aber das Tool ist je nach Anbieter nicht für weitere 6 bis 12 Wochen verfügbar. Für den Hersteller ist dies wahrscheinlich eine Situation ohne Anführungszeichen. Alternativ könnte ein Geschäft innerhalb weniger Tage den Job mit einem gedruckten Werkzeug ausführen. Wenn der Job zu etwas mehr wird, kann der Shop ein konventionell hergestelltes Spezialwerkzeug bestellen.

"Wir haben bereits für einige Hersteller Werkzeuge gedruckt, und die Aufträge, die am sinnvollsten erscheinen, erfordern kleine Auflagen, wie etwa 100 oder 250 Stück", sagte Rogers. „Mit dem gedruckten Tool können sie den Auftrag innerhalb weniger Tage ausführen.“

Additiv und Blech konvergieren

Cincinnati Incorporated ist seit einiger Zeit ein aktiver Akteur in AM, nicht mit Metalladditivtechnologien, sondern mit seinen Extrusionsdruckern wie BAAM (Big Area Additive Manufacturing System). Schauen Sie sich BAAM aus der Ferne an und Sie würden schwören, dass es ein Laserschneidebett ist, komplett mit einem Portal und einem Balg. Gehen Sie näher, und Sie werden sehen, wie die Gantry einen 3D-Druckkopf bewegt und thermoplastisches Material ablagert, um Schicht für Schicht massive Teile zu bilden.

Doch schon vor Beginn der BAAM-Initiative hatten die Ingenieure im Unternehmen ein viel kleineres Auge im Blick.

„Wir haben mit Druckwerkzeugbremsen begonnen, bevor wir überhaupt einen großen Drucker hatten“, sagte Mark Watson, Marketingproduktspezialist bei Cincinnati Inc. „Wir waren noch nicht einmal im 3D-Druckgeschäft, als ich mit dem Test von 3 begann -D gedruckte Werkzeuge. Große Fragen waren, welche Haltbarkeit wir mit einem gedruckten 3D-Werkzeug erzielen könnten und welche Genauigkeit wir für das Teil haben könnten. Wie wäre es mit Stahlwerkzeugen zu vergleichen? Wir hatten 3D-Druckwerkzeuge, die an die Geometrie von nebeneinander laufenden Stahlwerkzeugen in einer Abkantpresse angepasst waren. Und wir haben eine statistische Analyse der fertigen Teile durchgeführt. “

"Wir waren wirklich beeindruckt", sagte Watson. „Wir hatten mit dem Stahlwerkzeug eine Biegung von bis zu einem Drittel eines Grads und mit dem gedruckten Werkzeug waren wir nur einen halben Grad oder weniger.“

Als das Unternehmen einen eigenen Großformatdrucker herausbrachte, wurde das Druckwerkzeugkonzept für Bremsen jedoch auf Eis gelegt. Im Vergleich zu kleineren 3D-Druckern lagerte das BAAM-System eine relativ dicke Perle ab. Diese Wulstgeometrie war entscheidend für den Erfolg der Maschine beim Bauen großer Teile, war jedoch nicht für den Druck eines Abkantwerkzeugs geeignet.