Necesita una herramienta personalizada de freno de prensa

En circunstancias normales, Olson habría ordenado un punzón de freno de prensa personalizado y un juego de troqueles. Esto no sería un problema para un pedido grande, pero este requiere solo unos pocos cientos de partes. Realmente no podía justificar una herramienta personalizada.

¿O podría él? La herramienta no podría ser mecanizada con precisión en acero para herramientas, obviamente. ¿Pero necesitaba ser metal? ¿Podría ser una resina o termoplástico? Después de todo, las herramientas de freno de prensa de uretano se han utilizado durante años para ciertas aplicaciones de superficie crítica. ¿Por qué no se puede imprimir una herramienta de freno personalizada?

El potencial del plástico

Cuando el gerente de un taller de fabricación ve una máquina de impresión en 3D que imprime una pieza de plástico, capa por capa, una gran cantidad de aplicaciones vienen a la mente. ¿Qué tal un accesorio poka-yoke en montaje? ¿Un accesorio para sostener una pieza extraña para inspección? ¿Quizás dedos especiales de tope trasero en la prensa para medir geometrías desafiantes?

Todas estas aplicaciones requieren previsión, pero los componentes impresos involucrados no están sometidos a un esfuerzo inmenso. No es así con una herramienta de freno de prensa, por supuesto. Y como señalaron las fuentes, el desarrollo de una herramienta con tecnología aditiva requiere más que simplemente seleccionar un material e imprimir.

Una gran consideración es elegir el método de impresión. Un método común incluye la fabricación de filamentos fusionados (FFF), un proceso de aditivo de extrusión de material también conocido bajo los nombres de propiedad de Fused Deposition Modeling (FDM de Stratasys) y otros. En este proceso, un cabezal de impresión deposita un material calentado, como un termoplástico, capa por capa.

Otros métodos caen dentro de una categoría llamada fotopolimerización cuba. En estos procesos, la luz interactúa con una cubeta de resina líquida, y las áreas expuestas de la resina se convierten en una parte sólida. Los procesos como el aparato de estereolitografía (SLA), el procesamiento de luz digital (DLP) y la síntesis de luz digital (DLS) abordan el proceso de una manera diferente, pero todos entran en esta categoría.

Durante años, la compañía ha utilizado la tecnología de impresión 3D en sus propios productos. Si ve un componente de plástico en un sistema de sujeción Wilson comprado recientemente, es muy probable que el componente provenga de una impresora 3D en la planta de Wilson. "Ahora tenemos alrededor de 25 números de partes que se ejecutan mediante procesos aditivos", dijo Rogers, "y tenemos otros 80 números de partes que están programados para ejecutarse a través de procesos aditivos en un futuro cercano". Estas partes no tienen altos volúmenes de producción , y el diseño de algunos puede cambiar a menudo. La impresión simplemente elimina los costos de mecanizado o moldeo por inyección de plástico. "Y si necesitamos cambiar el diseño, no tenemos que preocuparnos por las herramientas", dijo Rogers. "Todo lo que se necesita es una ECR [solicitud de cambio de ingeniería], y estamos listos".

Con las impresoras 3D en la empresa, el departamento de I + D de Wilson ha experimentado durante mucho tiempo con plantillas, accesorios y mantenimiento del trabajo. Muchos de los eventos de Kaizen de la compañía terminaron con una solicitud de algún tipo de accesorio de poka-yoke impreso. A lo largo de los años, los ingenieros realizaron experimentos e imprimieron varias herramientas para ver cómo resistirían bajo presión. Durante los últimos años, el esfuerzo de R & D comenzó en serio, y todas estas pruebas condujeron al lanzamiento de la división de aditivos de la compañía en octubre de 2018.

La división ofrece dos servicios: herramientas de prensa impresa y componentes de soporte impresos. Si, por ejemplo, un fabricante necesita una herramienta de freno impresa y un componente de soporte de plástico, como un prototipo, accesorio o molde para un ensamblaje de chapa metálica, puede utilizar los servicios de impresión 3-D de Wilson para ambas necesidades.

Imprimir una herramienta de freno de prensa puede ser mucho más complicado que imprimir un indicador de marcha / no marcha. "Probamos diferentes tecnologías y materiales aditivos", dijo Rogers, "para determinar qué funcionaría mejor en lo que respecta a la longevidad, el estrés y la calidad de las piezas, en varias configuraciones. Y con el tiempo, redujimos las opciones ".

La compañía terminó con un proceso basado en resina, DLS, así como un proceso de extrusión, FDM. "Tenemos más tecnologías disponibles en la empresa, pero esas son las dos tecnologías aditivas que usaremos para imprimir herramientas en el lanzamiento"

Rogers agregó que las herramientas personalizadas estarán disponibles para doblar por aire acero al carbono calibre 14 y más delgado, con límites de tonelaje equivalentes en diferentes tipos de materiales dependiendo de la resistencia a la tracción. Las herramientas podrán doblar longitudes de 12 pulg. Y menos.

Los componentes de metal y polímero también se están utilizando juntos. Por ejemplo, la compañía ha impreso secciones de herramientas personalizadas con hendiduras complejas diseñadas para formar más de una docena de soportes pequeños en una carrera, y montó esas secciones en bases de acero para herramientas.

Como lo describió Rogers en otro ejemplo, “Si tenemos, digamos, un punzón de cuello de cisne que necesitamos hacer para una aplicación de marcado bajo [material sensible a la superficie], podemos hacer que el extremo de trabajo de la herramienta sea un material polimérico, Pero el cuerpo del cuello de cisne sería de acero.

Central en todo esto ha sido la prueba de ciclo de vida de la compañía. Rogers y su equipo han analizado el desgaste de la herramienta hasta 1.000 ciclos de doblado, examinando la diferencia en la calidad de la pieza y las características de desgaste de la herramienta entre el primer y el último pliegue.

Entonces, ¿cómo se desgastan estas herramientas impresas? Resulta que llevan la misma forma que las herramientas convencionales de afilado de precisión en una situación de doblado por aire. Los tres puntos de contacto, incluidos los dos radios del hombro y la punta del punzón, se desgastarán primero. "Y al tocar fondo y acuñar, el desgaste ocurre donde el material se desliza [durante el ciclo de plegado]", dijo Rogers.

Lo que la empresa puede construir depende del tonelaje de la aplicación, ya que se relaciona con el punto de rendimiento y la resistencia a la tracción de una herramienta impresa. Identificarlos para una herramienta impresa específica implica pruebas y análisis de elementos finitos.

Un análisis es especialmente importante cuando se abordan geometrías de curvatura inusuales, lo que, por supuesto, es una razón importante para pedir una herramienta de freno personalizada en primer lugar. Esto incluye herramientas de múltiples pliegues, como las herramientas de compensación y de canal de sombrero, que hacen múltiples pliegues durante un solo golpe.

"Si formamos una caja de cinco lados en un solo golpe, si utiliza la impresión FDM, la fuerza de la herramienta será más débil en una dirección", dijo Rogers. "Por lo tanto, debemos asegurarnos de que estamos usando el material correcto, para poder compensar esos factores. O podríamos cambiar a un proceso de impresión de resina [DLS], que tiende a darnos una mejor unión entre las capas ".

Una herramienta impresa en 3D no es para todas las aplicaciones, por supuesto. "Si fabricamos acero para herramientas, obviamente podemos construirlo para satisfacer las necesidades de una amplia gama de aplicaciones", dijo Rogers. "Pero cuando se trata de una herramienta impresa, tenemos que ser un poco más selectivos en lo que hacemos".

"Se trata de tener la capacidad de tomar una herramienta estándar y buscar la fabricación de una manera diferente, y no solo para lograr plazos de entrega más cortos", dijo Beaupre, "sino también buscar formas de crear la versión de la próxima generación de la herramienta. ”

Rogers agregó que las herramientas impresas no son necesariamente para operaciones que necesitan producir partes con tolerancias más ajustadas que +/- 0.010 pulg., Como aplicaciones en la industria nuclear donde las propiedades del material de la pieza de trabajo y los procesos de plegado se controlan en grado n. Pero las herramientas impresas pueden satisfacer las necesidades de la mayoría de los fabricantes de precisión que necesitan doblarse dentro de +/- 0.015 pulg.

Rogers agregó que la gran ventaja viene en el tiempo de entrega, y aquí la impresión en 3D podría resolver un problema generalizado entre los fabricantes personalizados. Una solicitud de cotización conlleva varias curvas que, no hay forma de evitarla, requieren una herramienta especial. El taller podría obtener el trabajo, pero la herramienta no estará disponible por otras 6 a 12 semanas, dependiendo del proveedor. Así que para el fabricante, esa es probablemente una situación sin cotización. Alternativamente, una tienda podría en pocos días ejecutar el trabajo con una herramienta impresa. Cuando y si el trabajo se convierte en algo más, el taller podría ordenar una herramienta personalizada producida convencionalmente.

"Ya hemos estado imprimiendo herramientas para algunos fabricantes, y los trabajos que parecen tener más sentido incluyen pequeñas tiradas, como 100 o 250 piezas", dijo Rogers. "La herramienta impresa les permite comenzar a ejecutar el trabajo dentro de unos días".

Converge de aditivos y chapas metálicas

Cincinnati Incorporated ha sido un jugador activo en AM durante algún tiempo, no con tecnologías de aditivos metálicos, sino con sus impresoras de extrusión como BAAM, el sistema de fabricación de aditivos de gran área. Mira a BAAM desde lejos y te juro que es una cama de corte por láser, completa con un pórtico y fuelle. Acérquese y verá el pórtico moviendo un cabezal de impresión 3D, depositando termoplástico para construir piezas masivas, capa por capa.

Pero incluso antes de que comenzara la iniciativa BAAM, los ingenieros dentro de la empresa tenían sus ojos en algo mucho más pequeño.

"Comenzamos con las herramientas impresas [de freno de prensa] incluso antes de que tuviéramos la gran impresora", dijo Mark Watson, especialista en productos de marketing de Cincinnati Inc. -D herramientas impresas. Las preguntas más importantes fueron: ¿qué tipo de durabilidad podríamos obtener de una herramienta impresa en 3D y qué tipo de precisión podríamos obtener de la pieza? ¿Cómo se compararía con las herramientas de acero? Teníamos herramientas impresas en 3D que coincidían con la geometría de las herramientas de acero que corrían una al lado de la otra en una prensa plegadora. E hicimos un análisis estadístico de las piezas terminadas ".

"Quedamos realmente impresionados", dijo Watson. "Estábamos haciendo curvas en un tercio de grado con la herramienta de acero, y estábamos con un grado medio o menos con la herramienta impresa".

Sin embargo, cuando la empresa salió con su propia impresora de gran formato, el concepto de impresión de la herramienta de frenos se puso en espera. En comparación con las impresoras 3-D más pequeñas, el sistema BAAM depositó una cuenta relativamente gruesa. La geometría de la cuenta era crítica para el éxito de la máquina en la construcción de piezas grandes, pero no era adecuada para imprimir una herramienta de freno de prensa.