Menavigasi Dari Manufaktur Aditif ke Cetakan Injeksi

Ketepatan dan keterulangan pencetakan 3D tingkat industri telah menetapkan pembuatan aditif sebagai proses yang efektif dan akurat untuk pembuatan prototipe fungsional. Pada saat yang sama, cetakan injeksi plastik telah lama menjadi cara yang andal dan hemat biaya serta waktu untuk memproduksi suku cadang untuk proses produksi yang lebih besar hingga puluhan ribu dan seterusnya.

Akibatnya, para insinyur, perancang, dan pengembang produk telah menemukan bahwa kedua proses ini bekerja sama dengan baik dalam siklus hidup suatu produk, dimulai dengan mitigasi risiko desain dari pembuatan prototipe pencetakan 3D dan kemudian beralih ke metode pembuatan cetakan injeksi ke ramp up untuk volume yang lebih tinggi. Untuk jutaan desain bagian selama bertahun-tahun, ini merupakan kombinasi yang cocok.

Di Protolabs, banyak contoh di beberapa industri, termasuk kedirgantaraan dan pertahanan serta teknologi medis.

Perlu dicatat bahwa ada beberapa proses pencetakan 3D yang memiliki kemampuan untuk membuat komponen produksi yang berfungsi penuh. Sintering laser logam langsung, misalnya, menggunakan berbagai logam untuk memproduksi komponen penggunaan akhir. Sintering laser selektif, menggunakan bahan berbasis nilon, dapat membuat bagian akhir yang sangat tahan lama. Multi Jet Fusion juga digunakan untuk memproduksi komponen nilon penggunaan akhir.

Meskipun demikian, beralih dari prototipe cetak 3D ke bagian akhir cetak injeksi tetap menjadi opsi yang sering digunakan, terutama, seperti yang telah disebutkan, karena pencetakan adalah cara yang lebih hemat biaya dan waktu untuk memproduksi komponen dalam jumlah yang lebih besar.

Saat memilih opsi ini, ada sejumlah pertimbangan desain unik yang perlu diingat. Postingan ini menawarkan saran untuk menavigasi perubahan tersebut:

• Menentukan bagian sebelum mendesain bagian
• Menggunakan beberapa prototipe
• Bermanuver melalui pencetakan
• Memilih bahan
• Mengurangi biaya dan jadwal

Dengan prototipe pencetakan 3D sebelum beralih ke pencetakan, tim pengembangan produk dapat mengurangi risiko desain dan beralih lebih cepat.

Mitigasi Risiko Desain:Menentukan Bagian sebelum Mendesain Bagian

Pembuatan prototipe dengan pencetakan 3D atau pembuatan aditif adalah tentang mitigasi risiko desain:Melihat cara meningkatkan desain komponen; melihat potensi risiko yang mungkin ada untuk bentuk, kecocokan, dan fungsi suatu bagian; mencoba dan memeriksa berbagai konsep desain; dan berhati-hati untuk tidak menyudutkan diri sendiri dengan tidak memperhitungkan kemampuan pembuatan bagian tersebut. Memang, dengan pencetakan 3D, ada beberapa aturan atau batasan yang menyebabkan masalah bagi Anda saat membuat bagian. Tapi, untuk mendesain bagian yang bisa dibentuk, itu cerita yang berbeda. Fungsi memengaruhi bentuk untuk semua jenis komponen, tetapi dengan komponen plastik khususnya, fungsi juga memengaruhi hasil akhir, dan bahkan desain cetakan yang membentuknya.

Di situlah platform penawaran digital otomatis kami masuk. Analisis ini sangat penting jika Anda mengingat bahwa bagian tersebut akan dicetak, atau setidaknya diproduksi dalam jumlah yang agak lebih besar di luar tahap pembuatan prototipe. Untuk suku cadang yang dicetak 3D, Anda mendapatkan penawaran instan dengan harga interaktif berdasarkan bahan, resolusi, dan hasil akhir. Plus, Anda selalu bisa mendapatkan umpan balik desain dari salah satu insinyur manufaktur aditif internal kami. Untuk komponen cetakan, Anda mendapatkan penawaran online interaktif dalam hitungan jam, ditambah analisis DFM, dan harga real-time berdasarkan kuantitas, penyelesaian, dan waktu tunggu.

Tapi mari kita kembali ke beberapa contoh mitigasi risiko. Dalam industri otomotif, desain suku cadang yang cocok sebagai komponen mesin SUV kemungkinan besar perlu bertahan dari paparan panas dan kelembapan tinggi. Ini akan mendorong pilihan utama seperti bahan apa yang digunakan dan metode produksi apa yang dipilih. Ini mungkin memerlukan penggunaan sintering laser selektif (SLS), proses pencetakan 3D yang dapat menghasilkan komponen produksi fungsional, atau mungkin memerlukan komponen cetakan atau pemesinan. Atau, katakanlah, perusahaan medtech sedang membuat prototipe alat bedah genggam baru. Dalam hal ini, prototipe cetak 3D akan menjadi alat yang akan bekerja dengan baik di kantor dokter atau klinik untuk demonstrasi penjualan dan pengujian utilitas.

Pada tahap front-end awal ini, saran terbaik adalah menggunakan prinsip desain yang bagus dan baik untuk membantu menentukan bagian sebelum merancang terpisah. Yang mengarah ke bagian berikutnya:peran prototipe berulang atau multipel.

Tim engineering yang mengembangkan Quadcopter Indago memprototipe desain dengan pencetakan 3D dan kemudian beralih ke cetakan untuk produksi.

Multi-Prototyping Membantu Menentukan Metode Produksi

Seperti disebutkan, ada beberapa aturan atau batasan dalam membuat bagian dengan manufaktur aditif. Itu adalah berkat dan kutukan. Ini terutama merupakan tantangan ketika desainer ingin mentransisikan desain prototipe tercetak ke bagian cetakan atau metode produksi lainnya. Mengapa? Nah, dalam kasus cetakan, ia "tidak suka" penampang tebal, overhang, aliran yang mengelilingi inti dan rajutan, geometri kompleks, saluran atau ruang internal, geometri organik, dan sebagainya. Dengan kata lain, hanya karena sesuatu dapat dicetak secara 3D tidak berarti dapat dicetak.

Akibatnya, kutipan silang—mengutip melintasi atau terhadap beberapa proses—bersama dengan pembuatan prototipe berulang, dapat menjadi proses pemeriksaan yang berguna untuk desain bagian. Melakukan hal ini secara paralel akan membantu menunjukkan apakah bagian tersebut akan berfungsi, dan kemudian bagaimana bagian tersebut dapat berhasil dikonversi ke langkah berikutnya, ke metode yang memungkinkan produksi dengan volume lebih tinggi, baik itu cetakan, pengecoran, pemesinan, lembaran logam fabrikasi, atau proses lainnya. Multi-prototyping ini kemungkinan juga akan membantu Anda mengetahui pertimbangan harga dan waktu.

Dalam kasus cetakan injeksi, Anda akan menemukan lebih banyak batasan tentang apa yang bisa dan tidak bisa dicetak karena jika cetakan tidak bisa diproduksi, maka bagian tersebut tidak bisa diproduksi. Untuk pencetakan injeksi, banyak teknik dan elemen pencetakan yang perlu digunakan atau ditambahkan (lihat bagian selanjutnya tentang Manuver hingga Pencetakan).

Contoh industri kedirgantaraan dari proses multi-kutipan ini terjadi dengan drone quadcopter Lockheed Martin (lihat kotak sidebar). Perancang proyek, Miguel Perez, seorang insinyur Lockheed Martin, bekerja dengan sistem kutipan otomatis analisis DFM Protolabs, yang membimbingnya melalui berbagai iterasi bagian, dan akhirnya membawanya beralih dari pembuatan prototipe dengan pencetakan 3D ke pembuatan prototipe dan produksi volume rendah dengan cetakan injeksi.

Dia akan mengirimkan model yang tidak dimodifikasi ke sistem kutipan dan kemudian mendapatkan umpan balik, misalnya, tentang cara kerja bagian cetakan, menyarankan tarikan samping, dan sorotan fitur yang tidak dapat dicetak. Perez kemudian akan menggunakan informasi ini untuk membuat bagian yang dicetak 3D menjadi beberapa bagian antarmuka yang dapat dicetak yang akan mempertahankan tujuan desain. Kemudian dia akan mengirimkan kembali bagian yang dimodifikasi dan mendapatkan lebih banyak umpan balik dari sistem penawaran tentang bagaimana cetakan dapat dibuat, menunjukkan kepadanya, misalnya, di mana dia mungkin telah mengabaikan draf yang diperlukan ke arah yang sesuai.

Contoh industri medis adalah pengujian verifikasi yang disediakan pencetakan 3D untuk bagian seperti kunci Luer, yang disekrup dan dipasang di ujung jarum suntik. Ada cara-cara tertentu untuk membentuk kunci tersebut untuk menghemat biaya, tetapi desain dapat divalidasi terlebih dahulu dengan pencetakan 3D, memastikannya cukup kencang untuk membuat segel, misalnya, sebelum dianggap berfungsi cukup baik untuk meneruskannya ke pencetakan.

Pada akhirnya, bergantung pada bagian yang dirancang, menguji dan menggunakan beberapa prototipe dapat membantu Anda memverifikasi apakah sesuatu akan berhasil dan membantu Anda lebih percaya diri pada prototipe sebelum beralih ke pembuatan cetakan.

Pembuatan prototipe komponen kawin seperti kunci Luer yang disekrup ke jarum suntik adalah cara yang bagus untuk memastikan kecocokan dan fungsi sebelum berinvestasi dalam perkakas produksi.

Bermanuver melalui Moulding

Untuk melakukan transisi dari prototipe cetak ke bagian cetakan, sejumlah metode desain cetakan harus dipertimbangkan dan, bila perlu, diterapkan. Dua teratas dari teknik ini adalah ketebalan dan draf dinding yang seragam, meskipun ada beberapa teknik lainnya juga. Berikut ikhtisar singkatnya:

Ketebalan Dinding Seragam. Mempertahankan ketebalan dinding yang seragam mungkin merupakan persyaratan desain yang paling penting untuk mendapatkan bagian cetakan yang baik. Memiliki ketebalan dinding yang seragam memungkinkan plastik yang meleleh untuk mengisi cetakan secara merata, sehingga tidak membuat bagian dengan warp, sink, garis rajutan tipis, atau cacat lainnya.

Draf. Menambahkan draf atau kemiringan ke dinding vertikal suatu bagian membuatnya lebih mudah untuk mengeluarkan atau mengeluarkan bagian dari cetakan. Aturan utamanya adalah menerapkan 1 derajat draf per inci kedalaman ke rongga cetakan.

Radi. Gunakan jari-jari atau sudut bulat untuk meningkatkan aliran plastik ke dalam cetakan serta keutuhan bagiannya. Sudut tajam meningkatkan tekanan pada bagian Anda dan menghalangi aliran plastik leleh (resin).

Ribbing, gusset, landai. Termasuk tulang rusuk dan gusset pendukung dapat meningkatkan kekuatan bagian struktural dan membantu menghilangkan warp, sink, dan void. Tulang rusuk harus 40 sampai 60% dari ketebalan dinding yang berdekatan. Tanjakan daripada tangga tajam dapat mengurangi tekanan saat berpindah antara bagian dinding yang lebih tebal dan lebih tipis.

Bos. Merancang dinding yang lebih tipis pada bos atau fitur pemasangan yang akan menerima sekrup akan menghilangkan bak cuci dan rongga.

Untuk perincian tentang pedoman desain cetakan injeksi, termasuk rekomendasi ukuran dan bahan bagian, lihat pedoman desain kami untuk cetakan injeksi plastik, yang mencakup dimensi ukuran maksimum, daftar plastik yang umum digunakan dan pelapis permukaan, serta opsi pencocokan warna khusus dan penyelesaian sekunder; pedoman desain karet silikon cair (LSR); dan overmolding dan sisipkan pedoman cetakan.

Pertimbangan Material untuk Cetakan Injeksi

Dua kategori besar bahan plastik adalah termoplastik dan termoset (misalnya LSR). Pemilihan bahan didasarkan pada berbagai pertimbangan. Sifat mekanik, fisik, termal, dan listrik material itu penting. Manufakturabilitas sangat penting, seperti karakteristik resin (bahan plastik dalam bentuk mentahnya), termasuk seberapa tahannya terhadap deformasi selama pendinginan dan seberapa baik mereka mengisi fitur kecil cetakan. Bergantung pada fungsinya, penampilan kosmetik mungkin juga penting. Biaya material adalah masalah lain. Mungkin juga ada pertimbangan khusus lainnya, seperti perlunya peringkat FDA atau UL.

Mengurangi Biaya dan Jadwal

Tentu saja biaya dan anggaran keseluruhan, bersama dengan garis waktu dan tenggat waktu, juga menjadi pertimbangan utama. Dan, dalam beberapa kasus mungkin terasa bahwa biaya terutama merupakan pengaruh utama pengembangan bagian atau produk. Namun dengan menggunakan metode produksi yang lebih terjangkau seperti pencetakan, biaya dapat dikurangi.

Sejalan dengan itu, tenggat waktu yang menjulang mungkin juga terasa seperti pemberi pengaruh teratas. Namun, berkat metode manufaktur digital yang dapat mempercepat pengembangan produk, pembuatan prototipe dan produksi suku cadang serta produk dapat dipersingkat secara dramatis.

Gus Breiland adalah insinyur teknis senior di Protolabs di Minnesota.

Eric Utley adalah teknisi aplikasi di Protolabs di Carolina Utara.