Precisa de uma ferramenta de freio de prensa personalizada

Em circunstâncias normais, Olson teria encomendado um prendedor de freio de prensa personalizado e um conjunto de matrizes. Isso não seria um problema para uma grande encomenda, mas esta exigia apenas algumas centenas de peças. Ele realmente não podia justificar uma ferramenta personalizada.

Ou ele poderia? A ferramenta não pode ser usinada com precisão em aço de ferramenta, obviamente. Mas precisava ser metal? Poderia ser uma resina ou termoplástico? Afinal de contas, as ferramentas de freio de imprensa de uretano têm sido usadas há anos para certas aplicações críticas de superfície. Por que uma ferramenta de freio personalizada não pôde ser impressa?

O potencial do plástico

Quando um gerente de fábrica de fabricação vê uma impressora 3D imprimindo uma peça de plástico, camada por camada, inúmeros aplicativos vêm à mente. Que tal uma luminária poka-yoke em montagem? Uma luminária para segurar uma peça estranha para inspeção? Talvez dedos de backgauge especiais no trinco de pressão para a medição de geometrias desafiadoras?

Todas essas aplicações exigem previsão, mas os componentes impressos envolvidos não são submetidos a um estresse imenso. Não é assim com uma ferramenta de freio de imprensa, é claro. E, como apontaram as fontes, o desenvolvimento de uma ferramenta com tecnologia aditiva exige mais do que apenas pegar um material e bater na impressão.

Uma grande consideração é escolher o método de impressão. Um método comum inclui a fabricação de filamentos fundidos (FFF), um processo de aditivo de extrusão de material também conhecido sob os nomes proprietários de Fused Deposition Modeling (FDM da Stratasys) e outros. Neste processo, uma cabeça de impressão deposita um material aquecido, como um termoplástico, camada por camada.

Outros métodos se enquadram em uma categoria chamada fotopolimerização de cubas. Nestes processos, a luz interage com uma bacia de resina líquida, e as áreas expostas da resina são convertidas em uma parte sólida. Processos como o estereolitógrafo (SLA), o processamento digital de luz (DLP) e a síntese de luz digital (DLS) abordam o processo de maneira diferente, mas todos se enquadram nessa categoria.

Durante anos, a empresa utilizou a tecnologia de impressão 3-D em seus próprios produtos. Se você vê um componente de plástico em um sistema de fixação Wilson comprado recentemente, há uma boa chance de que o componente venha de uma impressora 3D na fábrica da Wilson. “Nós temos cerca de 25 números de peças agora que são executados através de processos aditivos”, disse Rogers, “e temos outros 80 números de peças que estão programados para executar processos aditivos em um futuro próximo.” Essas peças não têm altos volumes de produção e o design de alguns pode mudar frequentemente. A impressão simplesmente elimina os custos de usinagem ou de moldagem por injeção de plástico. "E se precisarmos mudar o design, não precisamos nos preocupar com ferramentas", disse Rogers. "Tudo o que é preciso é um ECR [solicitação de alteração de engenharia] e estamos prontos."

Com as impressoras 3-D internas, o departamento de P & D da Wilson há muito tempo experimenta gabaritos, acessórios e manutenção de trabalho. Muitos dos eventos kaizen da empresa terminaram com um pedido de algum tipo de acessório impresso em poka-yoke. Com o passar dos anos, os engenheiros fizeram experimentos, imprimindo várias ferramentas para ver como resistiriam sob pressão. Durante os últimos anos, o esforço de P & D começou a sério e todos esses testes levaram ao lançamento da divisão de aditivos da empresa em outubro de 2018.

A divisão oferece dois serviços: ferramentas para prensas impressas e componentes de suporte impressos. Se, digamos, um fabricante precisar de uma ferramenta de freio impressa, bem como um componente de suporte de plástico, como um protótipo, fixação ou molde para um conjunto de chapa, pode usar os serviços de impressão 3D da Wilson para ambas as necessidades.

Imprimir uma ferramenta de freio de prensagem pode ser muito mais complicado do que imprimir um medidor go / no-go. “Tentamos muitas tecnologias e materiais aditivos diferentes”, disse Rogers, “para determinar o que funcionaria melhor no que se refere à longevidade, ao estresse e à qualidade da peça, em várias configurações. E com o tempo, reduzimos as escolhas ”.

A empresa terminou com um processo baseado em resina, DLS, bem como um processo de extrusão, FDM. "Temos mais tecnologias chegando internamente, mas essas são as duas tecnologias aditivas que usaremos para imprimir ferramentas no lançamento"

Rogers acrescentou que as ferramentas personalizadas estarão disponíveis para o aço carbono e o diluente de calibre 14 com dobra de ar, com limites de tonelagem equivalentes em diferentes tipos de material, dependendo da resistência à tração. As ferramentas serão capazes de dobrar comprimentos de 12 polegadas e menos.

Componentes de metal e polímero também estão sendo usados ​​juntos. Por exemplo, a empresa imprimiu seções de ferramentas personalizadas com recortes intricados projetados para formar mais de uma dúzia de pequenos suportes em um único curso, e montou essas seções em bases de aço-ferramenta.

Como Rogers descreveu em outro exemplo, “Se temos, digamos, um soco gooseneck que precisamos fazer para uma aplicação de baixa marcação [material sensível à superfície], podemos ter a extremidade de trabalho da ferramenta como um material polimérico, mas o corpo do pescoço de ganso seria de aço.

O principal para tudo isso foi o teste do ciclo de vida da empresa. Rogers e sua equipe analisaram o desgaste da ferramenta em até 1.000 ciclos de dobra, examinando a diferença na qualidade da peça e nas características de desgaste da ferramenta entre a primeira e a última dobra.

Então, como essas ferramentas impressas se desgastam? Acontece que eles se vestem da mesma forma que as ferramentas convencionais de aterramento de precisão em uma situação de flexão de ar. Os três pontos de contato - incluindo os dois raios do ombro e a ponta do punção - se desgastam primeiro. "E quando o fundo e a cunhagem, o desgaste ocorre onde o material está deslizando [durante o ciclo de curvatura]", disse Rogers.

O que a empresa pode construir depende da tonelagem de aplicação no que se refere ao ponto de rendimento e à resistência à tração de uma ferramenta impressa. Identificá-los para uma ferramenta impressa específica envolve testes e análise de elementos finitos.

Uma análise é especialmente importante ao lidar com geometrias de dobra incomuns - o que, é claro, é um grande motivo para solicitar uma ferramenta de freio personalizada em primeiro lugar. Isso inclui ferramentas de várias dobras, como deslocamentos e ferramentas de canal do chapéu, que fazem várias dobras durante um único traço.

"Se formarmos uma caixa de cinco lados em um único hit, se você usar a impressão FDM, a força da ferramenta será mais fraca em uma direção", disse Rogers. "Então, precisamos nos certificar de que estamos usando o material certo, para compensar esses fatores. Ou poderíamos mudar para um processo de impressão de resina [DLS], que tende a nos dar uma melhor ligação entre as camadas ”.

Uma ferramenta impressa 3D não é para todas as aplicações, é claro. "Se fabricamos aço para ferramentas, obviamente podemos construí-lo para atender às necessidades de uma ampla gama de aplicações", disse Rogers. "Mas quando se trata de uma ferramenta impressa, temos que ser um pouco mais seletivos no que fazemos."

“É sobre ter a capacidade de usar uma ferramenta padrão e procurar fabricá-la de uma maneira diferente, e não apenas para obter tempos de execução menores”, disse Beaupre, “mas também procurar maneiras de criar a versão da próxima geração da ferramenta. "

Rogers acrescentou que as ferramentas impressas não são necessariamente para operações que precisam produzir peças com tolerâncias menores do que +/- 0,010 polegadas - como aplicações na indústria nuclear, onde as propriedades do material da peça e os processos de dobra são controlados ao grau enésimo. Mas as ferramentas impressas podem atender às necessidades da maioria dos fabricantes de precisão que precisam dobrar dentro de +/- 0,015 pol.

Rogers acrescentou que a grande vantagem está no lead time, e aqui a impressão 3D poderia resolver um problema generalizado entre os fabricantes personalizados. Uma solicitação de cotação envolve várias dobras que, não há como evitar, exigem uma ferramenta especial. A loja pode conseguir o emprego, mas a ferramenta não estará disponível por mais 6 a 12 semanas, dependendo do fornecedor. Então, para o fabricante, essa é provavelmente uma situação sem cotação. Alternativamente, uma loja pode, dentro de dias, executar o trabalho com uma ferramenta impressa. Quando e se o trabalho crescer em algo mais, a loja pode encomendar uma ferramenta personalizada produzida convencionalmente.

“Já estamos imprimindo ferramentas para alguns fabricantes, e os trabalhos que parecem fazer mais sentido envolvem pequenas tiragens, como 100 ou 250 peças”, disse Rogers. “A ferramenta impressa permite que eles comecem a executar o trabalho em poucos dias.”

Convergente de Aditivos e Chapa Metálica

A Cincinnati Incorporated tem sido uma participante ativa da AM há algum tempo, não com tecnologias de aditivos de metal, mas sim com suas impressoras de extrusão, como o BAAM, o sistema de aditivos para grandes áreas. Olhe para BAAM de longe e você juraria que é uma cama de corte a laser, completa com um pórtico e um fole. Aproxime-se e você verá o pórtico movendo uma cabeça de impressão 3-D, depositando termoplástico para construir partes volumosas, camada por camada.

Mas, mesmo antes do início da iniciativa da BAAM, os engenheiros da empresa estavam de olho em algo muito menor.

"Começamos com as ferramentas impressas antes de termos a grande impressora", disse Mark Watson, especialista em produtos de marketing da Cincinnati Inc. "Não estávamos nem no negócio de impressão 3D, mas quando comecei a testar 3 -D ferramentas impressas. As grandes questões eram: que tipo de durabilidade poderíamos obter de uma ferramenta impressa 3D e que tipo de precisão poderíamos obter da parte? Como se compara com as ferramentas de aço? Nós tínhamos ferramentas impressas em 3-D que combinavam com a geometria de ferramentas de aço que funcionavam lado a lado em um trinco de pressão. E fizemos uma análise estatística das peças acabadas.

"Ficamos realmente impressionados", disse Watson. “Estávamos obtendo curvas com um terço de grau com a ferramenta de aço e estávamos com meio grau ou menos com a ferramenta impressa.”

Quando a empresa lançou sua própria impressora de grande formato, no entanto, o conceito de impressão da ferramenta de freio foi colocado em espera. Comparado com impressoras 3D menores, o sistema BAAM depositou uma conta relativamente espessa. Essa geometria do cordão era fundamental para o sucesso da máquina na construção de peças grandes, mas não era adequada para imprimir uma ferramenta de tracionamento.