Mordazas de tornillo de banco de fresado de impresión 3D

El problema del mecanizado actual es simple:es costoso y requiere demasiado tiempo. Tiempo de un operador calificado. Tiempo en una máquina cara. Es hora de configurar. Es hora de tener una parte en la mano.

Este problema se vuelve extremadamente doloroso cuando se trata de mecanizar herramientas personalizadas:la producción de accesorios, plantillas, moldes y patrones. Las herramientas son tradicionalmente una de las partes más costosas y que requieren más tiempo del proceso de mecanizado. Nuevamente, ¿por qué es tan doloroso utilizar herramientas?

Lleva mucho tiempo y es costoso.

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Consume tiempo

El proceso típico para tener a mano un juego de mordazas de fresado personalizadas es:

Diseño de mandíbulas en software de diseño asistido por computadora (CAD)

1. Proyecto de plano / dibujo de mandíbulas en CAD

2. Aprobar el diseño de las mordazas

3. Programar CNC

4. Programe las mordazas en CNC

5. Máquinas de mandíbulas en CNC

6. Espere ...

7. Saque las mandíbulas

En el momento en que se entregan las mandíbulas, hasta cinco personas diferentes lo han tocado en el proceso. Un ingeniero de diseño para diseñar las mordazas. Un gerente para firmar el plano / dibujo. Un programador para programar el CNC. Un maquinista experto para mecanizar las mandíbulas.

Ahora, ¿qué sucede cuando la parte que las mandíbulas estaban diseñadas para sostener se repitió de Rev 1 a Rev 2 y, eventualmente, a Rev 3? Cada revisión da como resultado una revisión de las mandíbulas, y todo el proceso comienza de nuevo desde el paso uno.

Costoso

En volúmenes de producción bajos, los fabricantes rechazan la producción o cobran una prima por costo unitario. El problema inherente a las herramientas es que no generan ingresos. Por ejemplo, el costo para un fabricante por mecanizar un juego de mandíbulas de fresado en un CNC es el tiempo de inactividad de la máquina, la mano de obra y los gastos generales. El mecanizado de mordazas de fresado no ayuda a los resultados del fabricante. Si las mordazas no se vuelven a utilizar nunca, para recuperar el costo inicial inicial y sus sucesivas iteraciones, el costo de las mordazas se juega y se distribuye entre las mordazas de fresado finales de producción o las piezas de uso final que generan ingresos. siendo mecanizado.

Aquí es donde interviene la fabricación aditiva, conocida coloquialmente como impresión 3D.

Fabricación aditiva

Además de permitir una mayor libertad en el diseño, la fabricación aditiva cambia drásticamente las herramientas de costosas y lentas a prácticas y asequibles. Para herramientas únicas, la fabricación aditiva abre la puerta para que los fabricantes mejoren sus resultados al reducir el tiempo de inactividad, la mano de obra y los gastos generales de la máquina CNC a solo el costo del material. Como se muestra en la Figura 1, es extremadamente asequible imprimir en 3D herramientas únicas en comparación con la fabricación convencional.

La fabricación aditiva agiliza la producción de piezas de uso final que generan ingresos al reducir drásticamente su tiempo de comercialización. Con la fabricación aditiva, las mordazas se pueden imprimir inmediatamente después del diseño, interrumpiendo por completo el paradigma de fabricación de herramientas.

Atrás quedaron los arduos días de diseñar, redactar, aprobar, programar, programar, mecanizar, inspeccionar y repetir; Atrás quedaron los días de atar un CNC que generaba ingresos para mecanizar un juego de mordazas; Atrás quedaron los días en que los programadores CNC consumían la programación para mecanizar un juego de mordazas. Cuanto más rápido esté disponible el herramental, más rápido se podrán mecanizar las piezas de uso final que generan ingresos.

Lea nuestra guía de diseño de materiales compuestos

Cómo imprimir mandíbulas de fresado en 3D

Al diseñar mordazas de fresado para impresión 3D, los tres requisitos previos son comprender el diseño de mordazas de fresado, CAD y fabricación continua de fibra (CFF). Los requisitos previos primero y segundo se explican por sí mismos. Como último requisito previo, las mandíbulas de fresado de impresión 3D es cuestión de orientar y reforzar con CFF. Entonces, ¿qué es CFF?

Fabricación continua de fibra (CFF)

Las tecnologías de fabricación aditiva del pasado imprimen termoplásticos demasiado débiles para soportar los duros entornos del mecanizado CNC. Con la introducción de la fabricación continua de fibra (CFF), Markforged ha revolucionado la industria de fabricación aditiva al imprimir con fibras continuas (fibra de carbono, Kevlar® y fibra de vidrio) para reforzar las piezas termoplásticas impresas. La resistencia de las fibras continuas se muestra en la Figura 2.

Por ejemplo, la pieza de trabajo con cojinete de agujas que se muestra en la Figura 3 requiere una operación de planeado en una de sus caras. Las mordazas de fresado utilizadas para esa operación se muestran en la Figura 4.

Las fibras continuas están impresas en el plano XY paralelo a la placa de construcción, lo que hace que la orientación sea crítica. Al considerar cómo orientar un conjunto de mordazas de fresado para imprimir, las claves del éxito son comprender cómo se aplicará la presión de sujeción a las mordazas y cómo enrutar fibras continuas para contrarrestar las presiones de sujeción. Por ejemplo, las mordazas que se muestran en la Figura 4 están diseñadas para sujetar la pieza de trabajo para una operación de planeado. Las presiones de sujeción están en los puntos de contacto de acuerdo con la pieza de trabajo. En los puntos de contacto, las mordazas experimentan las presiones de sujeción como una fuerza de compresión causada por la pieza de trabajo y el tornillo de banco, como se muestra en la Figura 5.

Para enrutar de manera óptima la fibra continua para contrarrestar las fuerzas de compresión, es importante comprender que las fibras son más fuertes en tensión. Al reforzar las mandíbulas de fresado con fibra continua, encamine la fibra para maximizar el número de fibras que se pueden poner en tensión. En la Figura 6, las fibras continuas se enrutan de forma concéntrica alrededor de las paredes exteriores de la pieza y se pondrán en tensión debido a las fuerzas de compresión.

Las fibras continuas puestas en tensión resisten las fuerzas de compresión para mantener las mandíbulas dimensionalmente estables. Es importante tener en cuenta que el uso del tornillo de banco para emparejar las mandíbulas y reforzarlo contra las fuerzas de corte a través de las capas impresas juega un papel clave. Al considerar el diseño de la mordaza, maximice la cantidad de contacto de la superficie con el tornillo de banco.

Mordazas de fresado avanzadas para impresión 3D

El siguiente paso en las mandíbulas de fresado para impresión 3D es crear una mandíbula de fresado modular. Por ejemplo, en lugar de imprimir toda la mandíbula que se muestra en la Figura 4, considere usar un conjunto de mandíbulas duras como "espacios en blanco" y las mandíbulas blandas de impresión 3D como "inserciones". Como se muestra en la Figura 7, la mordaza de metal mecanizada es el "blanco" que se muestra en púrpura, y la mordaza blanda compuesta impresa en 3D es el "inserto" que se muestra en verde. Dado que la geometría conforme cambia entre diferentes piezas de trabajo, una pieza en bruto puede servir para muchas plaquitas.

Aunque las mordazas CFF son excelentes para reemplazar las mordazas de aluminio debido a la paridad en la resistencia y la naturaleza no dañina de los compuestos, ¿qué sucede cuando es necesario reemplazar las mordazas de acero? Aprovechando la misma idea de modularidad, el "blanco" puede ser de aluminio mecanizado o CFF impreso en 3D, mientras que los "insertos" se imprimen en 3D en el Metal X System mediante un proceso conocido como Fabricación Aditiva por Difusión Atómica (ADAM). Con el lanzamiento actual de acero inoxidable 17-4PH y acero para herramientas H13, el sistema Metal X conserva todas las ventajas de la impresión 3D, como geometrías conformadas, cambios rápidos y costos reducidos, y cumple con las propiedades del material requeridas para reemplazar el acero. mandíbulas.

Al pasar de los estantes de herramientas a una solución rápida e intercambiable, la mordaza de fresado modular es el futuro de la fabricación. La fabricación aditiva hace que las herramientas de fabricación pasen de ser costosas y consumir mucho tiempo a ser aún más accesibles y asequibles.

Cómo imprimir en 3D las mejores mordazas de tornillo de banco de fresado

La impresión 3D de mordazas de tornillo de banco de fresado no es ciencia espacial, pero requiere una comprensión fundamental del diseño de tornillo de banco de fresado, CAD y CFF. Los pasos importantes para recordar son:

(1) determine las presiones de sujeción en las mordazas del tornillo de banco de fresado entre la pieza de trabajo y el tornillo de banco;

(2) elija una orientación de impresión que maximice las fibras en tensión contra las presiones de sujeción; y

(3) reforzar con fibras continuas en tensión.

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