In de snelle productieomgeving van vandaag is rapid tooling een snel hulpmiddel geworden voor op maat gemaakte producten. Dit artikel onderzoekt de wereld van rapid tooling, de verschillende typen, voordelen, beperkingen en toepassingen ervan, en gaat dieper in op hoe rapid tooling verschilt van traditionele tooling en hoe rapid tooling uniek gepositioneerd is in vergelijking met rapid prototyping. Ontdek hoe deze innovatieve aanpak snellere productiecycli en kosteneffectieve maatwerkoplossingen biedt voor een breed scala aan industrieën.
Snelle prototyping is het proces waarbij snel mallen en gereedschappen worden geproduceerd voor gebruik bij de productie. Het is een belangrijk onderdeel van de Rapid Manufacturing-methodologie om functionele onderdelen en prototypes sneller en efficiënter te produceren. Rapid tooling speelt een cruciale rol bij het overbruggen van de kloof tussen rapid prototyping en traditionele toolingmethoden, waardoor een kosteneffectieve en tijdbesparende oplossing wordt geboden.
Het primaire doel van Rapid Tooling is het versnellen van het productieproces van gereedschappen, waardoor fabrikanten snel kunnen overstappen van de ontwerpfase naar de daadwerkelijke productie. Door gebruik te maken van geavanceerde technologieën zoals Additive Manufacturing en CNC-bewerking, kan Rapid Tooling matrijzen en gereedschappen maken met grotere precisie en kortere doorlooptijden.
De toepassingen voor snelle gereedschappen zijn gevarieerd en bestrijken industrieën zoals de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, consumentengoederen en medische apparatuur. Het maakt de productie van op maat gemaakte onderdelen, kleine productieruns en snelle iteratie van ontwerpen mogelijk. Rapid prototyping stelt fabrikanten in staat snel te reageren op de marktvraag, de time-to-market te verkorten en een concurrentievoordeel te behalen in hun respectieve industrieën.
Vergelijking van snelle gereedschappen en traditionele gereedschappen
Snelle tooling is een groep technologieën die wordt gebruikt om snel, kosteneffectief en efficiënt gereedschappen te maken voor traditionele productieprocessen om onderdelen in een kortere tijd of in kleinere hoeveelheden te maken. Traditionele gereedschappen worden meestal gemaakt van duurzame metalen met behulp van technieken zoals machinale bewerking en metaalgieten . Deze processen zijn echter duur en geschikter voor massaproductiecycli. Wanneer het wordt gebruikt voor iteraties van gereedschappen of om gereedschappen te produceren die alleen worden gebruikt om kleine batches onderdelen te maken, kunnen de kosten stijgen en kunnen de productietijden dramatisch toenemen.
Door snelle tools te integreren in het productontwikkelingsproces kunnen fabrikanten ontwerpen en materiaalkeuzes valideren voordat ze overgaan op massaproductie om de productontwikkeling te versnellen, snel te itereren en betere producten op de markt te brengen. Door snelle bewerking kunnen ingenieurs materialen van echte productiekwaliteit gebruiken om de prestaties van onderdelen in praktijktoepassingen te evalueren en beperkte hoeveelheden te produceren voor bèta- en validatietests. Snelle gereedschappen kunnen ook helpen bij het oplossen van problemen in het productieproces voordat er in dure productiegereedschappen wordt geïnvesteerd.
Bovendien biedt rapid tooling een manier om op maat gemaakte of beperkte series onderdelen voor eindgebruik te produceren met behulp van traditionele productieprocessen die onbetaalbaar duur zouden zijn in het gebruik. Hierdoor kunnen fabrikanten nieuwe producten voor de markt testen, een breder assortiment producten aanbieden of onderdelen aanpassen aan de behoeften van de klant. Zie de onderstaande tabel:
SNEL GEREEDSCHAP | CONVENTIONEEL GEREEDSCHAP | |
Snelheid | 24 uur kunt opladen | 4-8 weken |
Eigen productie met behulp van additive manufacturing-technieken | Uitbestede productie | |
Gereedschapskosten | Lage kosten, vergelijkbaar met rapid prototyping, lage overheadkosten | Zeer duur, aanzienlijke overheadkosten. |
Ideaal productievolume | 1 – 10,000 onderdelen, afhankelijk van proces en gereedschapsmateriaal | ~5,000+ onderdelen, verschilt per productieproces |
Toepassingen | Prototyping | Massaproductie |
Productvalidatietesten | ||
Brug gereedschap | ||
Productie op korte termijn, op aanvraag of op maat |
Welke materialen kunnen worden gebruikt voor snelgereedschap?
Snelle prototypes zijn tijdelijke mallen die worden gebruikt om prototypes, kleine batches onderdelen of gietharsen te produceren. Enkele veel voorkomende materialen die worden gebruikt voor rapid prototyping, waaronder siliconenrubber, polyurethaan, gips en metaal.
Aluminium
Aluminium is het materiaal bij uitstek voor rapid prototyping vanwege de uitstekende thermische geleidbaarheid, waardoor het ideaal is voor spuitgieten. Het is direct verkrijgbaar en biedt een goede sterkte-gewichtsverhouding.
Stalen
Staal, vooral gereedschapsstaal, is een betrouwbare keuze voor snelle verwerking. Het is duurzaam en bestand tegen gietprocessen onder hoge druk. De Chinese staalindustrie zorgt voor een constante aanvoer van materiaal van hoge kwaliteit.
Kunststoffen
Voor bepaalde kleine batchtoepassingen kunnen kunststoffen zoals ABS of nylon worden gebruikt voor snel bewerken. Deze materialen zijn kosteneffectief en ideaal voor prototyping.
Koper
Koper wordt gebruikt voor bepaalde gespecialiseerde toepassingen, vooral voor elektronische componenten. Het heeft een uitstekende elektrische geleidbaarheid en is gemakkelijk om mee te werken.
Productietechnologieën
CNC-bewerking
CNC-bewerking speelt een belangrijke rol in de Chinese snelle gereedschapsindustrie. Het omvat het gebruik van precisiegereedschap om materiaal van een massief blok af te trekken. CNC-bewerkingen kunnen een verscheidenheid aan materialen verwerken, waaronder metalen en kunststoffen.
EDM maakt gebruik van elektrische ontladingen om materiaal nauwkeurig te etsen. Het is een precieze methode, die vaak wordt gebruikt voor complexe vormen of geharde materialen.
In de snel veranderende Chinese productieomgeving kan de keuze van materiaal en technologie voor snelle gereedschappen een aanzienlijke impact hebben op de productontwikkeling en de time-to-market. De keuze is afhankelijk van factoren als budget, projecteisen, materiaaleigenschappen en gewenste doorzet. Met verdere technologische vooruitgang zal het assortiment snelle gereedschapsmaterialen en -technieken blijven uitbreiden, wat een reeks nieuwe perspectieven voor innovatie biedt en bijdraagt aan de groei van de Chinese productie.
Soorten snelle gereedschappen
Rapid prototyping omvat een verscheidenheid aan technieken, waaronder directe rapid tooling (DRT) en indirecte rapid tooling (IRT). DRT omvat de directe creatie van een mal of gereedschap met behulp van additieve productietechnieken zoals 3D-printen of selectief lasersinteren. Aan de andere kant omvat IRT het creëren van masterpatronen of prototypes en vervolgens het genereren van definitieve mallen of gereedschappen met behulp van conventionele of additieve productiemethoden.
Directe snelle tooling
Directe snelle tooling creëert daadwerkelijke inzetstukken voor kern- en holtevormen. Het voordeel van dit proces is de mogelijkheid om gereedschappen te creëren met geometrieën die voorheen onbereikbaar waren. Conformele koeltechnologie is hiervan een voorbeeld. Bij deze techniek volgen interne koelkanalen de contouren van de matrijsholte, waardoor de uniformiteit van het warmteverlies uit de matrijs wordt verbeterd en de koeltijden met ongeveer 66% worden verkort.
Bij productie in kleine oplagen kunt u met deze vorm van snelle gereedschappen zeer snel een mal of gereedschap bouwen en vrijwel onmiddellijk beginnen met het maken van producten. Dit is vooral voordelig voor productie op korte termijn, omdat het gereedschap niet erg sterk of duurzaam hoeft te zijn. Afhankelijk van de gebruikte materialen en de complexiteit van het ontwerp kan deze matrijs tot 5,000 onderdelen produceren.
Stappen bij indirecte snelle bewerking:
Design: Maak een digitaal model van het maldeel met behulp van CAD-software.
Materiaalselectie: Kies een geschikt materiaal voor het matrijsonderdeel, zoals aluminium of staal.
Vervaardiging: Produceer het gereedschapsonderdeel rechtstreeks uit het geselecteerde materiaal met behulp van CNC-bewerking of 3D-printen.
Afwerking: Pas nabewerkingstechnieken toe zoals polijsten of oppervlaktebehandeling om de gewenste oppervlakteafwerking te bereiken.
Voordelen van Direct Rapid Machining
Snelheid: Direct Rapid Tooling zorgt voor een snellere productie van gereedschapscomponenten en kortere doorlooptijden dan traditionele methoden.
Ontwerpflexibiliteit: CAD-software maakt complexe ontwerpen en snelle aanpassingen mogelijk voor ontwerpoptimalisatie.
Kosteneffectief: Direct Rapid Tooling is kosteneffectiever voor productie van kleine tot middelgrote volumes dan traditioneel gereedschap.
Nadelen van Direct Rapid Tooling
Materiaalbeperkingen: Het scala aan materialen dat kan worden gebruikt voor Direct Rapid Tooling kan beperkt zijn in vergelijking met traditionele bewerkingsmethoden.
Duurzaamheid: Matrijscomponenten geproduceerd via directe snelle gereedschapsmethoden kunnen een lagere duurzaamheid hebben in vergelijking met matrijscomponenten gemaakt met traditionele matrijsmaterialen.
Groottebeperkingen: De grootte van de gereedschapscomponenten kan worden beperkt door de bouwschil van de gebruikte CNC-machine of 3D-printer.
Indirecte snelle tooling
Indirect Rapid Tooling maakt gebruik van een masterpatroon gegenereerd door Additive Manufacturing om een mal of matrijs te creëren. Er zijn verschillende technieken beschikbaar, waarvan de ‘soft tooling’-techniek de meest populaire is. Soft tooling-technologie maakt gebruik van siliconen mallen om plastic onderdelen te maken en als opofferingsmodellen voor het investeringsgieten van metalen onderdelen.
Indirecte snelle gereedschappen worden gebruikt voor testen en experimenteren. Wanneer u bijvoorbeeld al een gedetailleerd ontwerp heeft en verschillende materialen wilt testen, is indirecte sneltooling een goede oplossing. Dit komt omdat u hiermee eenvoudig meerdere testtools en mallen kunt bouwen vanuit hetzelfde mastermodel.
Stappen in indirecte snelle bewerking
Indirecte bewerking is de tweede vorm van snelle bewerking. Voor indirecte bewerking zijn de volgende stappen nodig.
Stap 1:Maak een model van het hoofdgereedschap of de mal met behulp van CAD-software.
Stap 2:Stuur het bestand naar een machine of printer om een mastermal of gereedschap te maken, een zogenaamde patroon. Dit hoofdpatroon is meestal behoorlijk duurzaam.
Stap 3: Maak meer mallen of gereedschappen op basis van het hoofdpatroon. Je kunt nieuwe mallen of gereedschappen maken van verschillende materialen met verschillende eigenschappen. Masterpatronen kunnen worden gebruikt voor zowel harde gereedschappen (gereedschappen gemaakt van harde of sterke materialen) als zachte gereedschappen (minder sterke gereedschappen). Eén enkel masterpatroon kan grote of kleine hoeveelheden verschillende gereedschappen of mallen produceren, die vervolgens kunnen worden gebruikt om meer prototypes te maken.
Voordelen van indirecte rapid prototyping.
Masterpatronen zijn zeer robuust en persistent en worden tijdens het prototypingproces zelden verbroken. Mogelijk hebt u slechts één masterpatroon nodig (tenzij uw ontwerp verandert). Omdat alle verschillende gereedschappen en mallen op hetzelfde masterpatroon zijn gebaseerd, zijn er minder verschillen ertussen. Het is geweldig om met verschillende materialen te experimenteren, omdat u het gereedschap of de mal kunt maken die het beste bij een bepaald materiaal of prototypeproces past.
Zachte en harde gereedschappen kunnen naar wens van de klant worden geproduceerd. Zachte tools kunnen worden gebruikt voor eenvoudige ontwerpen of kosteneffectieve prototyping, terwijl harde tools geschikt zijn voor complexe ontwerpen.
Nadelen van indirecte snelle bewerking.
Iets langere productietijd vergeleken met directe Rapid Machining. Er is sprake van een tussenstap, wat tot hogere kosten kan leiden. Het kan nodig zijn om materialen van hogere kwaliteit te gebruiken om een sterk en duurzaam masterpatroon te creëren. Dit is niet altijd een geschikte oplossing als u verwacht dat uw ontwerp dramatisch zal veranderen tijdens de prototypefase. Dit is niet nodig voor eenvoudige ontwerpen die geen hoge maatnauwkeurigheid of precisie vereisen.
Hoe werkt rapid prototyping?
Rapid prototyping wordt gebruikt om snel fysieke onderdelen of componenten te maken met behulp van ontwerptools. Het proces begint meestal met ontwerpers en ingenieurs die een digitaal ontwerp van het product ontwikkelen, vaak met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD). Deze digitale lay-out dient als blauwdruk voor het prototypeproces, waarin de afmetingen, esthetiek en functionaliteit van het product worden beschreven.
Zodra het ontwerp klaar is, is de volgende stap het vertalen van het ontwerp naar fysieke onderdelen of componenten. In tegenstelling tot traditionele productiemethoden, die vaak langdurige gereedschaps- en insteltijden met zich meebrengen, kunnen met rapid prototyping producten rechtstreeks op basis van digitale ontwerpen worden gemaakt. Technologieën zoals 3D-printen, rapid tooling en andere geavanceerde prototyping-technieken worden gebruikt om het ontwerp tot leven te brengen.
Gedurende het hele proces hebben ontwerpers en ingenieurs de flexibiliteit om het product te herhalen en te verfijnen en aanpassingen aan te brengen op basis van feedback en testen. Dit iteratieve karakter is een van de belangrijkste voordelen van rapid prototyping en zorgt ervoor dat het uiteindelijke levensvatbare product nauw aansluit bij het beoogde ontwerp en de gebruikersbehoeften.
Waarom Rapid Tooling belangrijk is.
Snellere time-to-market: Rapid Tooling kan mallen en gereedschappen in minder tijd produceren dan traditionele methoden, waardoor de totale tijd die nodig is voor productontwikkeling en productie wordt verkort.
Kostenbesparingen: Snel gereedschap kan kosteneffectiever zijn dan traditionele gereedschapsmethoden, vooral voor kleine productieruns of prototypes, omdat er geen complexe en dure gereedschapsapparatuur voor nodig is.
Ontwerpflexibiliteit: Met Rapid Tooling is het gemakkelijker om ontwerpwijzigingen of verbeteringen op te nemen tijdens het gereedschapsproces, waardoor grotere flexibiliteit en snellere iteraties mogelijk zijn.
Verhoogde efficiëntie: Snelle tooling verkort de doorlooptijd tussen de voltooiing van het ontwerp en de productie, waardoor het productieproces wordt vereenvoudigd en een snellere productrelease mogelijk wordt gemaakt.
Maatwerk en complexiteit: Snelle gereedschapstechnieken, zoals additieve productie, maken het mogelijk complexe geometrieën en aangepaste gereedschapsontwerpen te creëren die voor traditionele methoden een uitdaging of duur zouden zijn.