亚洲3D打印、增材制造展览会

2020.2.19-2.21

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增材粉床过程融入制造过程链

GF Machining Solutions加工解决方案与EOS GmbH之间的战略合作的核心目标是:将铺粉成型整合到模具和模具制造涉及的工艺中,适用工业应用部件的单体或者批量化生产。除少数特殊情况,将不容忽视的增材制造的所有准备、后处理等工艺并入到所有生产流中。

面临的挑战

在增材制造特别是铺粉打印而言,打印之前的工作尤为重要。产品密度、物理特性、几何形状等问题经常被忽略。但是,这些确切的信息以及物理性质是模具和模具制造中典型工艺链的先决条件(图1)。GF Machining Solutions和EOS GmbH之间的合作主要是为了消除所有应用环节之间的这种空白。乍一看,这种填补空缺似乎很简单;然而,在工业实践中,它代表良品率的大幅增长。

解决办法

 


在已确立的传统生产流程,特别是模具生产中,基于基准系统实现连续生产,期间无需进行复杂的设置,同时也不会造成精度损失;但这目前还不是增材制造中的既定标准。GF算是在其中树立了一个标杆,目前已经有AgieCharmilles AM S 290 Tooling具备了完全集成的System 3R MacroMagnum基准系统作为标配。基准系统为生产中的典型问题提供了显着的优势,例如:

‐        成型面按规定朝向平行于工作面,无需手动再调整

‐        夹紧和定位混合1)模具插入件“预成型品”,无需手动再调整

‐        成型平台上生成的部件依靠基准系统可以定位在三维坐标位置上

‐        成型台可轻松夹紧并定位到电火花切割系统,用于分离铺粉成型的工件

‐        通过铣削或磨削等方式整修部件

GF Machining Solutions依靠基准系统填补了多个层面上现有的空白,但基准系统集成仅仅是将增材制造无缝集成至工业生产过程的第一步。

要解决的最直接的问题是确保组件不是通过简单的“拖放”过程放置在工作区中的任何位置,而是放置在数字制造所需要的三维坐标位置。为此,AgieCharmilles AM S 290 Tooling标配了所需的软件功能。


铺粉成型与传统车间管理系统的数字化集成是一项难度更大的问题,因为传统的往往按常规按顺序作业生产过程设计,尽管铺粉制造这种同时多部件成型的过程在部件状态和特性跟踪方面会对现有车间管理系统造成一定的挑战。但是同时成型,意味着成型时间的大大缩短。现在GF Machining Solutions利用内置的System 3R WorkShop Manager软件可以解决这一问题。

还有一项同等重要的问题就是:铺粉打印过程需包含一个实心金属基座,以便通过层层熔融金属将部件固定到基座上。随后需设置一个分离过程(例如电火花线切割)将制造板上生成的部件分离。与制造板分离的这个过程在热等静压处理之前或之后执行(具体取决于部件和过程设计),这会使部件的物理和几何位置发生变化,其进入电火花线切割系统作业槽时位置未定。去除基台后,它们必须单独重新夹紧,以便通过传统的生产工艺进一步加工,并且必须重新建立其精确的几何位置。


许多情况下,通过在设计阶段向CAD模型增加基准面并在生成部件时加以建造(图2)便可解决上述问题。但这种解决方案并非在所有情况下都适用。为此,GF Machining Solutions提出一种包含一个基准平台(3R MasterPal)和多个可回收部件专用小型托盘(3R MiniPal;图4)的概念。根据这一概念,部件仍在3R MiniPal上直接生成,但需要借助可拆式连接固定至3R MasterPal,并利用定位AgieCharmilles AM S 290 Tooling的集成卡盘来确定基准。如此一来,3R MiniPal顶部通过增材制造生成的部件可与3R MasterPal轻松分离,必要时还可继续进行热处理(包括3R MiniPal)。而后,所连接的3R MiniPal使部件可重新固定到标准基准元件(例如System 3R MacroHP)上。此时,部件以物理方式固定并定位,该位置对于常规生产过程而言已经足够精确。最后部件通过铣削、车削作业或者通过电火花线切割与3R MiniPal分离。整个过程的示意图参见图4。

模具和模具生产中的标准模板可以使用相同的逻辑,在制造预成型品时参考3R MasterPal上的基准孔型,一可实现简单固定,二可基于AgieCharmilles AM S 290 Tooling基准系统来精确位置。由于坐标测量机和AgieCharmilles AM S 290Tooling使用相同的物理参考原理,也就是说,测量的坐标可以转换用于3D打印。
此外,3R MasterPal还可以兼容哈斯高或模斯堡标准版。这对于在标准模具部件上直接生产模具插入物是重要的优点;例如,它可以大大加速原型模具插入物的生产。

结论

制造过程链融合铺粉过程会多次产生物理和数字接口问题。但是GF Machining Solutions已开发出多种针对的解决办法,并且充分考虑了粉床过程的特定限制条件,以便实现实际应用型集成。

1) “预成型品”是指:可直接通过铺粉过程连接几较为复杂的部件的模具,并以常规方式制造。所产生的模具插入件通常被称为“混合模具插入件”。


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