To studium przypadku pokazuje, w jaki sposób można usprawnić walidację oprzyrządowania dla przemysłu motoryzacyjnego dzięki zastosowaniu wielkoformatowego druku 3D, jeszcze przed rozpoczęciem kosztownej produkcji form kompozytowych.
Wyzwanie: ryzyko inwestycyjne związane z oprzyrządowaniem do formowania kompozytów
Międzynarodowy producent kompozytów dla przemysłu motoryzacyjnego w Tajlandii, specjalizujący się w wytwarzaniu elementów z kompozytów wzmacnianych włóknami do autobusów komunikacji publicznej oraz elektrycznych tuk-tuków, borykał się z wysokim poziomem braków oraz wydłużonym czasem realizacji podczas etapu uruchamiania form.
W sektorze kompozytów wzmacnianych włóknami wykonywanie obróbki skrawaniem lub laminowanie formy wyłącznie na podstawie modeli CAD wiąże się z wysokim ryzykiem operacyjnym. Każde niewykryte odchylenie geometryczne, niezgodność objętościowa lub błąd związany z luzami montażowymi może skutkować natychmiastowym niepowodzeniem oprzyrządowania, prowadząc do złomowania zarówno drogich materiałów wykorzystanych do jego wykonania, jak i setek godzin pracy zespołu inżynierskiego.
Aby wyeliminować to ryzyko, producent potrzebował niezawodnej metody wytwarzania pełnowymiarowych, stabilnych wymiarowo modeli fizycznych, które umożliwiałyby bezpośrednią weryfikację dopasowania części, ergonomii oraz poprawności montażu geometrycznego na podwoziu pojazdu, jeszcze przed finalizacją oprzyrządowania.
Rozwiązanie: kontrola termiczna i kalibrowane wytłaczanie z wykorzystaniem Omni TECH+
Producent wdrożył wielkoformatowy, przemysłowy system Omni TECH+ do swojego procesu przedprodukcyjnego. Głównym celem było wydrukowanie w skali 1:1 funkcjonalnego prototypu przedniego błotnika elektrycznego tuk-tuka.
W przypadku wydruku o takiej wielkości (436 × 391 × 400 mm) kluczowe znaczenie dla zapobiegania niepowodzeniom procesu drukowania ma kontrolowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej materiału (CTE).
Podczas stygnięcia wysokowydajnych i przemysłowych tworzyw termoplastycznych zachodzą procesy wewnętrznej krystalizacji oraz powstają naprężenia wynikające ze skurczu termicznego. Powodują one unoszenie się narożników wydruku, prowadząc do jego odkształcania (wypaczania) oraz rozwarstwiania.
System Omni TECH+ ogranicza to zjawisko dzięki zintegrowanej, aktywnie sterowanej, podgrzewanej komorze roboczej, utrzymywanej w stabilnej temperaturze 80°C, w połączeniu z podgrzewanym stołem roboczym o temperaturze 100°C.
Tak kontrolowane środowisko termiczne pozwala utrzymać nakładany materiał powyżej jego temperatury zeszklenia (Tg) przez dłuższy czas, umożliwiając relaksację wewnętrznych naprężeń resztkowych oraz zapewniając doskonałą adhezję między warstwami.
Aby dodatkowo zapewnić stabilność procesu i zapobiec odrywaniu się pierwszej warstwy pod wpływem dużych sił ścinających, stół roboczy został przygotowany z zastosowaniem polimerowego środka adhezyjnego ASNARE Universal First-Layer Adhesion (UFA).
To potwierdzone laboratoryjnie wiązanie chemiczne utrzymuje podstawę dużego elementu stabilnie przytwierdzoną do stołu przez cały 50-godzinny cykl drukowania.
Strategia materiałowa i parametry wytłaczania
Element został wydrukowany z wykorzystaniem przemysłowego materiału ABS-42, wspieranego przez odrywalną strukturę podporową HIPS-20. Takie połączenie zapewnia równowagę między sztywnością mechaniczną a uzyskaniem gładkiej powierzchni po usunięciu podpór w obszarach przewieszeń.
Dzięki wykorzystaniu ekosystemu Omni3D obejmującego ponad 40 zatwierdzonych przez producenta, wstępnie skonfigurowanych profili druku, inżynierowie procesu wyeliminowali konieczność czasochłonnej optymalizacji metodą prób i błędów, typowej dla systemów wykorzystujących materiały otwarte.
Model został przygotowany do druku z wypełnieniem prostoliniowym (rectilinear) na poziomie 25% oraz dwiema obwiedniami zewnętrznymi, aby zoptymalizować stosunek wytrzymałości do masy i zapewnić odpowiednią funkcjonalność podczas prac montażowych w warsztacie.
.
| Parametr | Specyfikacja parametrów eksploatacyjnych dla zastosowań przemysłowych |
| Specyfikacja sprzętowa systemu | Omni TECH+ ((Przemysłowa platforma wielkoformatowa)) |
| Skład materiałowy | ABS-42 (Główny) / HIPS-20 (Podpora odłamywalna) |
| Wymiary części | 436×391×400 mm |
| Prędkość liniowa druku | 100 mm/sek |
| Struktura wypełnienia | 25% gęstości objętościowej, geometria prostoliniowa |
| Obwód zewnętrzny | 2 obrysy (kontury) |
| Całkowity czas drukowania | 50 godzin (praca ciągła, monitorowana) |
| Profile temperaturowe | Dysza: 250°C | Stół: 100°C | Komora: 80°C (aktywne ogrzewanie) |
Udokumentowane wyniki eksploatacyjne
Dzięki weryfikacji prototypu przedniego błotnika na rzeczywistych stanowiskach z podwoziami przed rozpoczęciem produkcji form kompozytowych zakład uzyskał pełne potwierdzenie poprawności geometrii.
„Obecnie pracujemy z kompozytami wzmacnianymi włóknami dla przemysłu motoryzacyjnego, wykorzystując je do produkcji takich pojazdów jak autobusy i tuk-tuki oraz różnych części samochodowych. Odkąd wdrożyliśmy OMNI3D do wykonywania prototypów, zyskaliśmy wysoką precyzję, a nasza praca stała się łatwiejsza. Co najważniejsze, rozwiązanie to pozwala nam znacząco obniżyć koszty i skrócić czas realizacji.”
Khun Monthatip Kongcharun, dyrektor zakładu i przedsiębiorca z branży kompozytów motoryzacyjnych
