3D-geprint gereedschap voor spuitgieten: Alles wat je moet weten

Terwijl 3D-printen zich blijft ontwikkelen, toont de technologie een groeiend potentieel voor verschillende aspecten van productie, waaronder de productie van gereedschappen voor spuitgieten. Het gebruik van 3D-geprinte gereedschappen voor spuitgieten is traditioneel een complexe en tijdrovende taak, maar het kan het maken van prototypes, het testen van matrijzen en de productie van kleine series efficiënter maken.

Het is echter ook belangrijk om te begrijpen in welke mate spuitgieten en 3D-geprinte gereedschappen de sector van additieve productie kunnen beïnvloeden. Dit artikel geeft een overzicht van wat spuitgieten is, welke toepassingen er zijn en wanneer je 3D-geprint gereedschap voor spuitgieten moet proberen.

Spuitgieten is een productietechniek die kan worden gebruikt om gedetailleerde onderdelen in grote hoeveelheden met precisie en herhaalbaarheid te produceren.

Bij het spuitgietproces wordt gesmolten materiaal, vaak kunststof, onder hoge druk in een mal of holte gespoten. De mal, die meestal wordt gemaakt van materialen zoals staal of aluminium, bepaalt de vorm van het eindproduct. Zodra het materiaal is geïnjecteerd, koelt het af en stolt het in de mal. Zodra het materiaal is uitgehard, gaat de matrijs open en wordt het afgewerkte onderdeel uitgeworpen en is het klaar voor verdere verwerking.

Bovendien is spuitgieten geschikt voor een reeks materialen, van gewone kunststoffen zoals ABS en HDPE tot meer exotische composieten zoals koolstofgevuld PEKK of veelzijdige TPU’s. Deze veelzijdigheid vergemakkelijkt de productie van producten met verschillende eigenschappen zoals sterkte, flexibiliteit en bestendigheid tegen hitte en chemicaliën.

Hoewel spuitgieten zijn voordelen heeft, moeten de toepassingen voor 3D-geprinte gereedschappen nauwkeurig worden gecontextualiseerd. 3D-geprinte matrijzen zijn vooral nuttig voor prototyping, het controleren van matrijzen en het produceren van kleine series. In bepaalde gevallen kunnen ze ook worden gebruikt voor massaproductie, maar dit is niet altijd de beste oplossing.

Een aspect waarin 3D-geprinte matrijzen zeker voordelen kunnen bieden, is de verkorting van doorlooptijden. Conventionele processen voor het maken van matrijzen kunnen weken of maanden duren, afhankelijk van de complexiteit van het ontwerp. Met 3D printen kan dit tijdsbestek worden teruggebracht tot dagen of zelfs uren, waardoor snellere doorlooptijden en een hogere productiviteit mogelijk zijn.

Met conventionele productieprocessen kan de productie van complexe geometrieën ook moeilijk en duur zijn. 3D-printen kan worden gebruikt om matrijzen met ingewikkelde ontwerpen te maken zonder de kosten aanzienlijk te verhogen, waardoor het een haalbare optie is voor complexe onderdelen in kleine hoeveelheden en voor maatwerk in grote volumes.

Hier zijn enkele andere voordelen van 3D-geprint gereedschap voor spuitgieten:

• Lagere materiaalkosten: Bij conventionele matrijzenbouw worden grote metalen blokken in de gewenste vorm gebracht met subtractieve productieprocessen, wat tot materiaalverspilling kan leiden. Met 3D-printen kun je matrijzen of onderdelen maken met slechts de benodigde hoeveelheid materiaal en zo de materiaalkosten aanzienlijk verlagen.
• Minder complexe machines: Bij de traditionele methode van spuitgieten zijn er verschillende complexe machines nodig voor verschillende stappen van het matrijzenproductieproces. Met 3D-printen kan het grootste deel van het proces worden uitgevoerd met één 3D-printer, waardoor de noodzaak om te investeren in meerdere machines aanzienlijk wordt verminderd.
• Geen opslagkosten: 3D-geprinte matrijzen kunnen op aanvraag worden gemaakt van digitale bestanden, waardoor er minder opslagruimte nodig is.

Het spuitgietproces is een systematische opeenvolging van gebeurtenissen, een reis van het eerste ontwerp tot het uiteindelijke product.

De eerste stap in het spuitgietproces is bepalen of het ontwerp van je onderdeel geschikt is voor spuitgieten. Deze cruciale fase vereist een zorgvuldige beoordeling van verschillende factoren: de complexiteit van het ontwerp, maattoleranties en het geplande productievolume zijn allemaal cruciale aspecten waarmee rekening moet worden gehouden.

Niet alle ontwerpen zijn geschikt voor spuitgieten. Specifieke geometrieën en ondersnijdingen kunnen het maken van matrijzen bemoeilijken en lage productievolumes rechtvaardigen mogelijk niet de initiële investering die nodig is om de matrijzen te maken. Daarom is een haalbaarheidsstudie van het ontwerp essentieel om er zeker van te zijn dat het geschikt is voor spuitgieten.

In de tweede stap wordt de mal gemaakt. De mal is het negatief van het eindproduct en wordt meestal gemaakt van staal of aluminium.

In de derde en laatste stap wordt de mal gevuld met het geselecteerde materiaal. In deze stap wordt het materiaal eerst verhit tot het een gesmolten toestand bereikt. Het gesmolten materiaal wordt dan onder hoge druk in de mal gespoten.

Zodra de mal gevuld is, laat je het materiaal afkoelen en stollen. Zodra het onderdeel is uitgehard, wordt de mal geopend en wordt het nieuw gevormde onderdeel uitgeworpen.

Spuitgieten is geen gestandaardiseerd proces. Er zijn verschillende types, elk met unieke kenmerken, voor- en nadelen.

Freeform injection moulding (FIM) is een nieuwe technologie ontwikkeld door Nexa3D die 3D-printen combineert met spuitgieten: het versnelt het spuitgieten door het 3D-printen van de matrijzen waarin de materialen worden geïnjecteerd. Nexa3D is een pionier op het gebied van 3D-geprinte gereedschappen, waarmee gebruikers additief complexe spuitgietgereedschappen kunnen maken in uren in plaats van weken of maanden.

Zo werkt het:

• Spuitgieten in vrije vorm begint met een CAD-bestand van het te gieten onderdeel.
• Het ontwerp wordt omgezet in een mal – een proces dat nog wordt versneld door geautomatiseerde software die een “malgenerator” wordt genoemd.
• De gebruiker evalueert het matrijsontwerp en kan snel wijzigingen aanbrengen en nieuwe versies itereren als de eerste versie niet voldoet.
• Zodra de mal voldoet, wordt deze 3D-geprint en opnieuw bewerkt.
• Daarna kan het spuitgietproces beginnen.

De XiPPro industriële 3D printer van Nexa3D is een geweldige optie voor het printen van spuitgietgereedschap. Dankzij de omvang en snelheid van de XiPPro is FIM nu vele malen sneller en kan het op echt industriële schaal worden gebruikt.

Met freeform spuitgieten van Nexa3D kan een ontwerp binnen 24 uur van bestand tot afgewerkt onderdeel worden gemaakt. Gemiddeld neemt de hele iteratiecyclus ongeveer één tot drie dagen in beslag – en kan tienduizenden dollars goedkoper zijn dan wanneer de tools elders besteld zouden moeten worden.

Voordelen:

• Matrijzen kunnen snel en kosteneffectief worden geproduceerd
• Ideaal voor complexe ontwerpen en geometrieën
• Eenvoudige ontwerpwijzigingen mogelijk

Nadelen:

• Niet zo duurzaam als conventionele mallen
• Beperkte productiecapaciteit
• De materiaalkeuze voor mallen is beperkt

Geschikt voor:

Spuitgieten in vrije vorm is het meest geschikt voor projecten die een hoge mate van maatwerk en ontwerpcomplexiteit vereisen, vooral voor prototyping en de productie van kleine series. De snelheid en het aanpassingsvermogen van deze methode maken deze ideaal voor industrieën waar ontwerpherzieningen vaak voorkomen en de tijd krap is.

Meer informatie over FIM

Conventioneel spuitgieten is al vele jaren de industriestandaard. Het gebruikt een injectiesysteem onder hoge druk om gesmolten materiaal in stalen of aluminium mallen te persen. Deze mallen worden gemaakt met een negatief beeld van het gewenste onderdeel.

Voordelen:

• Hoge herhaalbaarheid en consistentie
• Geschikt voor massaproductie
• Er kan een breed scala aan materialen worden gebruikt

Nadelen:

• Hoge aanloopkosten voor matrijzenproductie
• Niet erg geschikt voor complexe geometrieën
• Veranderingen aan de mal kunnen tijdrovend en duur zijn

Geschikt voor:

Conventioneel spuitgieten is het meest geschikt voor projecten met grote productieruns. Het is ideaal voor het produceren van identieke onderdelen met een hoge precisie en kwaliteit, vooral wanneer het ontwerp relatief eenvoudig is en het productievolume de hogere initiële investering kan rechtvaardigen.

Bij 3D-geprint spuitgieten van kunststof wordt een 3D-printer gebruikt om de matrijs te maken. In bepaalde gevallen kan deze methode tijd en kosten besparen in vergelijking met conventionele matrijzen, vooral bij complexe ontwerpen. De meeste methoden zijn echter slechts compatibel met enkele polymeren en leiden niet noodzakelijk tot consistente resultaten. Freeform spuitgieten is een veel betere optie als snelheid, nauwkeurigheid en brede materiaalcompatibiliteit belangrijk zijn.

Voordelen:

• Snellere en meer rendabele productie van matrijzen
• Flexibiliteit voor ontwerpwijzigingen
• Ideaal voor matrijsverificatie en prototyping

Nadelen:

• Niet zo duurzaam als conventionele mallen of FIM-mallen
• Beperkt tot het gebruik van een klein aantal thermoplasten
• Lager productievolume vergeleken met conventionele methoden

Geschikt voor:

3D-geprint kunststof spuitgieten kan bijzonder effectief zijn voor prototyping. Gezien de flexibiliteit die 3D printtechnologie in deze omstandigheden kan bieden, kan dit ook een haalbare optie zijn als het ontwerp vaak veranderd moet worden.

3D-geprint metaalspuitgieten combineert de voordelen van 3D-printen met de voordelen van metaalspuitgietgereedschap. In dit proces wordt metaalpoeder gebruikt om de mal te maken. Door gebruik te maken van 3D-printing kunnen prestatieverbeterende eigenschappen zoals conforme koelkanalen voor optimale prestaties worden gerealiseerd.

Voordelen:

• Kan zeer complexe en duurzame matrijzen maken
• Snellere productietijden in vergelijking met conventioneel metaalgieten
• Hoge precisie en aandacht voor detail

Nadelen:

• Hogere kosten in vergelijking met plastic 3D printen
• Nabewerking vereist om de binder te verwijderen
• Beperkt tot poedervormige materialen

Geschikt voor:

3D-geprint metaal spuitgieten is zeer geschikt voor industrieën die robuuste, duurzame onderdelen met complexe geometrieën nodig hebben, zoals de lucht- en ruimtevaart en de medische sector.

Als je een extreem grote hoeveelheid onderdelen van verschillende materialen moet maken, kun je waarschijnlijk het beste het conventionele spuitgietproces gebruiken. Maar als u prototypes maakt, matrijzen controleert of een project uitvoert voor kleine productievolumes, kunnen 3D-geprinte gereedschappen het proces kosteneffectiever en efficiënter maken.

Dit geldt in het bijzonder voor het gebruik van FIM. Freeform spuitgieten combineert de specifieke voordelen van 3D printtechnologie met de bewezen efficiëntie van traditioneel spuitgieten.

Met Nexa3D wordt spuitgieten in vrije vorm sneller, rendabeler en duurzamer. Het biedt 15% van de kosten, 12% van de tijd en 75% minder koolstofuitstoot vergeleken met conventionele stalen mallen.

Meer informatie over FIM