Wydruk obudowy systemu HVAC w jednym kawałku

Skomplikowany moduł HVAC o długości 95cm wyprodukowany w jednym, krótkim procesie? Z systemem Farsoon HT1001P to proste!

Farsoon Technologies we współpracy z SAPW Automotive Technology Co. wydrukował z polimeru całościową obudowę systemu samochodowego HVAC (Heating Ventilating Air Conditioning – system wentylacyjno-ogrzewający) na nowym systemie Farsoon FS1001P CAMS (Continuous Additive Manufacturing Solution – Urządzenie zdolne do prowadzenia ciągłego procesu wytwarzania przyrostowego, więcej o tym systemie w osobnym wpisie). Ten konkretny element HVAC ma wymiary 950 x 432 x 207 mm i jest używany do systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji instalowanych we wszystkich rodzajach współcześnie produkowanych samochodów.

Zdjęcie 1 Wygląd zewnętrzy elementu HVAC wraz z wymiarami podanymi w mm

Tradycyjne metody wytwarzania: Obróbka CNC

Obróbka CNC dobrze znaną i szeroko stosowaną metodą wytwarzania tego typu modeli, lecz wysoki koszt urządzeń i wymagane wysokie kwalifikacje personelu ich obsługi umniejszają jej korzyści. Ze względu na średnicę narzędzia i długość frezów, każdy element o długości przekraczającej 100 mm musi zostać podzielony na mniejsze części, które następnie są ze sobą łączone. Dodatkowo, niektóre detale, wcięcia i wypusty wymagają zmiany położenia przedmiotu obrabianego wymuszając tym samym dokładność wykonania elementu zależną od doświadczenia operatora i jakości wykonywanych usług, nie zaś bezpośrednio od dokładności posiadanych urządzeń CNC.

Etapy wykonywania elementu przez obróbkę CNC:

  • Krok 1: Podział całego elementu na odpowiednią ilość mniejszych części składowych, zaprojektowanie połączeń miedzy nimi, zaprogramowanie procesu wytwarzania oddzielnie dla każdego elementu.
    Wymagany czas: ~4-6 godzin na pojedynczy element
  • Krok 2: Wykonanie każdego elementu osobno przez frezarkę CNC
    Wymagany czas: ~50 godzin
  • Krok 3: Ręczne przycinanie, polerowanie i łączenie elementów składowych
    Wymagany czas: ~4-6 godzin na pojedynczy element

Proces frezowania CNC: ~62 godziny potrzebne do całkowitego wyprodukowania pojedynczego elementu HVAC

Tradycyjne metody wytwarzania: formy silikonowe

Metoda wytwarzania elementów HVAC przy użyciu form silikonowych ma swoje zasadnicze wady: wysoki koszt pojedynczej części, długi czas montażu, niska precyzja. Niestety, do wad tej metody należy również dołączyć niską wytrzymałość form silikonowych na temperaturę i wysokie ciśnienie, w skutek czego może dojść do znacznego skurczu materiałów silikonowych podczas przeprowadzania procesu. Wytwarzanie części przy użyciu form silikonowych to wieloetapowy i skomplikowany proces, co powoduje, że po przejściu wszystkich etapów nie można zagwarantować konkretnej tolerancji wymiarowej produktu, jednak zazwyczaj jest ona większa niż 0,5 mm/100 mm podczas gdy nieformalnie przyjętą tolerancją części prototypowych dla motoryzacji jest 0,2 mm/100 mm.

Etapy wykonywania elementu poprzez formy:

  • Krok 1: Wyprodukować prototyp części. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą procesu stereolitografii, najstarszej techniki druku 3D.
    Wymagany czas: ~70 godzin
  • Krok 2: Umieścić prototyp wykonany SLA w pojemniku roboczym. Zalać wydruk gumą silikonową a następnie odczekać aż do utwardzenia silikonu.
    Wymagany czas: ~6 godzin do całkowitego utwardzenia silikonu
  • Krok 3: Wyciąć scaloną formę silikonową, następnie usunąć ze środka prototyp elementu. Przyciąć nadmiar silikonu aby zapewnić dobre dopasowanie formy a następnie uszczelnić formę silikonową. Następnie wlać do formy poprzez kanał dopływowy ciekły materiał. Podgrzać w celu utwardzenia materiału
    Wymagany czas: 4 godziny
  • Krok 4: Otworzyć formę, wyjąć wykonany element. Przyciąć zbędne elementy pozostałe po procesie i przeprowadzić obróbkę wykończeniową.
    Wymagany czas: 6 godzin

Proces wytwarzania przy użyciu form silikonowych: 120 godzin potrzebnych do wyprodukowania pojedynczego elementu.

Tradycyjny proces produkcji części metodą form silikonowych jest pracochłonny i wymaga zaangażowania wielu osób oraz wyrobienia wielu form. Dokładność wykonywanych części może się różnić w zależności od ich komplikacji geometrycznej a czas potrzebny na przeprowadzenie procesu zazwyczaj mierzony jest w dniach, nie godzinach.

Jakie zalety druk 3D przyniesie przemysłowi motoryzacyjnemu?

Wytwarzanie skomplikowanych i dużych części w jednym procesie

Model HVAC charakteryzuje się złożoną strukturą, zawierającą wiele wewnętrznych kanałów dopływowych, podcięć i innych skomplikowanych detali. W przypadku produkcji części frezarką CNC, model HVAC musi zostać przetworzony na wiele części, które następnie są ze sobą łączone. Taki proces pochłania wiele czasu i pracy. Wytwarzanie komponentu poprzez łączenie mniejszych elementów może powodować nieprzewidziane uszkodzenia części bądź niedopasowanie związanie z odchyłkami wielkości. Porównując to do druku 3D, dostrzec można wiele zalet metod przyrostowych. Po pierwsze cały komponent może powstać w jednym procesie dzięki FS1001P dysponującym tak dużym obszarem roboczym. Dzięki temu część nie posiada dodatkowym punktów awaryjnych w miejscu łączenia części. Stosując drukarki 3D otrzymujemy części o gładszej powierzchni, wyższej wytrzymałości oszczędzając przy tym czas i obniżając koszty wytwarzania.

Swoboda w innowacyjnym projektowaniu komponentów

Tradycyjne metody wytwarzania części o wysokim skomplikowaniu geometrycznym dla przemysłu motoryzacyjnego wymagają specjalnych urządzeń do wytwarzania. Takie urządzenia mają również swoje ograniczenia, w tym niewielki zakres roboczy. Ze względu na te i inne ograniczenia, bardzo często projekt o złożonej strukturze i dużej ilości detali jest trudny lub nawet niemożliwy do zrealizowania, co powoduje potrzebę cofnięcia się do etapu projektowania i wdrożenia kompromisów pozwalających łatwiejszy proces produkcji. Druk 3D jest metodą obróbki bez-narzędziowej, a dzięki warstwowym sposobie produkcji elementów, pozwala na pełną swobodę w produkcji nieregularnych kształtów i skomplikowanych struktur.

Skrócony cykl rozwoju konstrukcji

Cykl rozwoju konstrukcji pojazdów obejmuje okres od planowania i projektowania do wprowadzenia gotowego pojazdu na rynek. Branża motoryzacyjna jest bardzo wyczulony na czas wprowadzania nowych projektów na rynek, dla tradycyjnych metod wytwarzania, okres ten trwa nawet do 57 miesięcy. Większość czasu poświęca się na badania, rozwój i integracje stosowanych komponentów, weryfikacje systemu, produkcję pojazdów i kontrolę jakości. Najbardziej czasochłonnym procesem jest rozwój form wtryskowych, których ukończenie może potrwać nawet rok.

Drukarki 3D Farsoon posiadają wiele zalet technicznych bardzo przydatnych w branży motoryzacyjnej. Należy do nich między innymi możliwość szybkiej korekcji błędów projektowych, również w trakcie wytwarzania partii, poprawa wydajności produkcji oraz redukcja kosztów wytwarzania. W porównaniu z tradycyjnym formowaniem elementów poprzez wtrysk, jak i również obróbkę skrawaniem, cykl rozwoju konstrukcji z użyciem druku 3D jest znacznie skrócony. Czas potrzebny na wykonanie takiego elementu HVAC technikami przyrostowymi to zaledwie 10 godzin. To znacznie krócej niż wytwarzanie frezarką CNC (60 godzin) lub przy użyciu form wtryskowych (120 godzin).

Przedstawiamy przemysłową drukarkę 3D FS1001P i jej zalety

Ze względów na spore rozmiary przedstawianego komponentu HVAC, w przypadku średniej wielkości przemysłowych systemów SLS (selektywnego laserowego spiekania proszków) musiałby zostać podzielony na kilka mniejszych części, które następnie zostałby poddaje obróbce wykończeniowej i złączone. Takie rozwiązanie może jednak spowodować problemy wytrzymałościowe, nieciągłości elementu i dodatkowe komplikacje. Taka produkcja elementu zapewne wyniosłaby ponad 48 godzin potrzebnych na przetwarzanie obiektu, proces spiekania i obróbkę końcową.

Jednak najnowszy system Farsoon Technologies FS1001P wyposażony jest w obszerny cylinder roboczy o wymiarach 1000 x 500 x 450 mm i umożliwia wyprodukowanie komponentu HVAC w jednym kawałku. Takie rozwiązanie pozwala nie tylko poprawić wydajność procesu wytwarzania lecz również eliminuje proces montażu elementu z wielu części i obróbki wykończeniowej elementów na złączeniach.

Porównanie czasu potrzebnego na wykonanie komponentu HVAC różnymi znanymi metodami:

Tabela 1 Porównanie czasu wytwarzania obudowy HVAC różnymi metodami
Zdjęcie 2 Wykonany element HVAC

Dążąc do przekształcenia druku 3D w metodę bezpośredniej produkcji części, HT1001P został w pełni przygotowany do przemysłowej produkcji. Dysponując wydajnością rzędu 15 L/h, najnowszy system Farsoon jest w stanie produkować seryjnie wiele części w jednym procesie, charakteryzując się wydajnością produkcyjną bliską 100% lub wykonywać prototypy dużych elementów dla branży motoryzacyjnej, lotniczej, produktów konsumenckich i wielu innych. Dysponując podgrzewaną do wysokich temperatur (220°C) komorą roboczą, maszyna jest odpowiednia do przetwarzania wielu wysokotemperaturowych tworzyw sztucznych, w tym proszków Ultrasint X043 (PA6), FS6028PA (PA6) oraz FS3300PA (PA12).