Услуги по изготовлению прототипов методом литья под давлением: мелкосерийное изготовление деталей на заказ и оперативное предоставление сметы.

Основные выводы

• Быстрое литье под давлением обходится всего в одну пятую дешевле, чем 3D-печать, при изготовлении 50-500 функциональных прототипов , что значительно снижает затраты на прототипирование для заказчиков.
• Для получения высококачественных прототипов заказчикам необходимо выбирать поставщиков, которые располагают специализированными цехами для прототипирования, системой контроля допусков с обратной связью (0,05 мм) и возможностью быстрой смены материалов.
• Компания JS Precision предлагает сертификаты на материалы и протоколы контроля размеров, которые помогают клиентам напрямую переходить от прототипов к серийному производству и экономить средства в последующих итерациях.

Почему стоит выбрать услуги по изготовлению прототипов методом литья под давлением от компании JS Precision?

Выбор правильной услуги по изготовлению прототипов методом литья под давлением имеет решающее значение для успеха бизнеса при решении проблемы проверки прототипов в малых объемах.

Компания JS Precision обладает многолетним опытом в области прототипирования и литья под давлением, а также изготовления пресс-форм для литья под давлением, и обслужила более 500 компаний в таких отраслях, как медицина, автомобилестроение и электроника. Мы предлагаем нашим клиентам эффективные решения, соответствующие их индивидуальным требованиям.

При проектировании и изготовлении литьевых форм мы строго придерживаемся международного стандарта ISO 16916:2016 , поэтому наша продукция соответствует международному уровню качества, а наши клиенты могут эффективно решать проблемы, связанные с качеством, и оперативно завершать проверку прототипов.

Стартапу в секторе медицинских изделий требовалось 50 прототипов рукояток для эндоскопов. Традиционные стальные формы были слишком дорогими (21 000 долларов) и имели длительный срок поставки (до 8 недель), а образцы, напечатанные на 3D-принтере, не прошли тест на стерилизацию при температуре 70℃.

Благодаря сотрудничеству с JS Precision, заказчик получил необходимые прототипы всего за одну неделю. Низкие затраты были достигнуты за счет использования алюминиевых форм 7075 и технологии вытягивания стержневых сердечников, составив всего 6300 долларов. Таким образом, клиент сэкономил 14 700 долларов , а также значительно сократил инвестиции в НИОКР и временные затраты.

Когда речь идет о проверке прототипов в малых объемах, компании в основном сосредотачиваются на скорости реакции и точности прототипа, при этом наличие отдельных цехов для прототипирования и использование эффективного оборудования являются основными факторами, способными гарантировать достижение этих целей.

Компания JS Precision, приобретя три специализированных термопластавтомата FANUC Roboshot (30-100 тонн), открыла цех прототипирования, специализирующийся исключительно на изготовлении прототипов, и не принимает заказы на серийное производство, что является отличным способом быстрого удовлетворения потребностей клиентов.

Наша система контроля допусков с обратной связью обеспечивает точность 0,05 мм. Кроме того, мы предоставляем сертификаты на материалы и отчеты о проверке размеров, что помогает нашим клиентам перейти непосредственно от прототипа к серийному производству, снижая затраты на последующие итерации и становясь надежным партнером для проверки прототипов в малых объемах.

Если вы сталкиваетесь с проблемами стоимости и сроков выполнения заказов при мелкосерийном прототипировании, свяжитесь с нашими инженерами для получения индивидуального решения по изготовлению пресс-форм для литья под давлением и бесплатной оценки целесообразности проекта.

Что такое прототипные литьевые формы и как они решают проблему высоких затрат и длительных сроков изготовления при мелкосерийном производстве?

Алюминиевые формы или вставки, изготовленные методом 3D-печати, используемые в прототипах литьевых форм, являются заменой обычным стальным формам. Таким образом, первоначальные затраты могут быть снижены на 60-70%.

Благодаря возможности использования быстрой обработки на станках с ЧПУ , время доставки пресс-формы может быть сокращено до 5-7 дней, что идеально подходит для мелкосерийного производства прототипов (50-500 штук) и, следовательно, решает проблему проверки прототипов в малых объемах.

Неэффективность амортизации затрат при использовании традиционных стальных форм в мелкосерийном производстве.

Стоимость обработки одной стальной формы P20 составляет примерно 15 000–20 000 долларов. Если же затраты распределяются между 200 изделиями, то стоимость одного изделия составит 75–100 долларов, что значительно увеличит расходы на НИОКР.

Кроме того, термообработка стальных форм и электроэрозионная обработка обычно занимают 4-6 недель, чего нельзя сказать о случаях, когда для проведения итераций НИОКР требуются крайне короткие циклы.

Недорогие альтернативы алюминиевым пресс-формам и вставкам, напечатанным на 3D-принтере.

Стандарт SPI Class 105 устанавливает, что срок службы прототипной пресс-формы не должен превышать 500 циклов.

У нас есть алюминиевые формы из сплава 7075, которые полностью соответствуют этому стандарту, поскольку они доведены до мягкости HB 150 и выдерживают 500-1000 циклов впрыска. Цена такой формы составляет всего 3000-5000 долларов , что вчетверо меньше, чем у стальных форм.

Проще говоря, это все равно что взять в аренду автомобиль на время «временных нужд» на этапе исследований и разработок, вместо того чтобы тратить большие деньги на покупку транспортного средства, которое будет использоваться вечно, одновременно удовлетворяя потребности и экономя средства.

Быстрая обработка на станках с ЧПУ обеспечивает доставку в течение 5-7 дней.

Для обработки алюминиевых пресс-форм мы используем высокоскоростной станок с ЧПУ, оснащенный шпинделем со скоростью вращения до 24 000 об/мин. Фактически, черновая и чистовая обработка выполняются одновременно за один цикл, и вся операция занимает 12-18 часов.

Кроме того, при использовании стандартных оснований пресс-форм от DME или Hasco это позволит сэкономить 70% времени на механической обработке основания пресс-формы . В результате пресс-форма может быть доставлена ​​в течение 5-7 дней.

Загрузите аналитический документ по выбору прототипных пресс-форм для литья под давлением, чтобы четко понимать сценарии применения алюминиевых и стальных пресс-форм и быстро определить подходящее решение для оснастки пресс-форм для литья под давлением .

Рисунок 1: Полупрозрачная зеленая прототипная литьевая форма с четырьмя отдельными полостями, металлическими направляющими штифтами и системой выталкивания, установленная на демонстрационной подставке.

Как компания Prototype Injection Mold Services обеспечивает быстрое составление сметы в течение 24 часов — от проектирования до изготовления деталей?

После того как заказчики загрузят 3D-чертежи в форматах STP или X_T, система сможет обнаружить дефекты литья и дать приблизительную оценку времени обработки пресс-формы в течение 30 минут.

Компания JS Precision обязуется выслать предварительное ценовое предложение в течение 2 рабочих часов , эффективно решая проблему медленной обработки запросов и помогая клиентам быстро принимать решения.

Стандартизированная система пресс-форм сокращает время, необходимое для разработки индивидуального проекта.

Мы заранее подготовили шесть стандартных типоразмеров пресс-форм, которые подойдут примерно для 90% деталей прототипа. Механической обработки требуют только вставки в стержень/полость. Основания пресс-форм многоразовые, поэтому время проектирования сокращается с 3 дней до 4 часов , что значительно повышает эффективность составления смет.

Автоматизированный инструмент анализа DFM (проектирование с учетом технологичности конструкции) быстро выявляет дефекты литья.

Эта программа сканирует такие элементы, как толщина стен, области подрезов и углы уклона.

Рекомендуемая толщина стенок составляет от 1,5 до 3,0 мм (при отклонениях более чем на 20% будет сгенерировано предупреждение), а предлагаемый угол тяги — от 1,5 до 2. Кроме того, в окончательный отчет по проектированию и строительству (DFM) включена информация о местоположении ворот и наличии линии риска.

Проще говоря, это как предварительная «проверка» прототипа, выявление любых потенциальных проблем и предотвращение необходимости переделки в процессе реального производства.

Гарантия выполнения заказа в течение 2 рабочих часов и срочная обработка заказов.

Мы подтверждаем сложность пресс-формы в течение 1 часа, а также рассчитываем стоимость материалов и оборудования в течение 1 часа, поэтому предварительная смета предоставляется не позднее чем через 2 рабочих часа . В случае срочных заказов мы предлагаем официальную смету, включающую прогноз срока службы пресс-формы, в течение 4 часов.

Рисунок 2: Крупный план промышленного оборудования, выполняющего прецизионную обработку компонентов в заводских условиях.

Каким образом отдельные элементы пресс-формы для литья пластмасс под давлением напрямую влияют на стоимость и гибкость модификации прототипа пресс-формы?

Конфигурация элементов пресс-формы для литья пластмасс под давлением напрямую влияет на стоимость и гибкость модификации. Основание пресс-формы составляет 40% от ее стоимости, которую можно снизить до 25% , выбрав стандартное основание .

Точность во многом зависит от конструкции сердечника/полости, а механизмы выброса и охлаждения будут наиболее доработаны на этапе создания прототипа.

Изготовление стандартной формы и выбор материала для основания пресс-формы/полости

Стандартные основания пресс-форм LKM стоят всего 800-1500 долларов, в то время как основания пресс-форм, изготовленные на заказ, стоят более 5000 долларов. Материалы для стержней/полостей выбираются в зависимости от размера партии: алюминий для партий менее 500 штук и сталь для партий от 2000 штук.

Методы упрощения систем эжекции и охлаждения

На этапе создания прототипа пресс-формы также могут упростить конструкции для выталкивания и охлаждения. Например, количество выталкивающих штифтов можно сократить вдвое — с 8 до 4, и при этом сохранить баланс системы выталкивания.

В системе охлаждения используются два прямых водяных канала, чтобы поддерживать разницу температур пресс-формы на уровне 5°C, что полностью исключает проблему деформации деталей и обеспечивает баланс между стоимостью и точностью.

Основные функции отрезной поверхности и вытягивания стержня нельзя упростить.

Для формования деталей вогнутой формы обычно требуются скользящие блоки или выталкиватели, расположенные под определенным углом к ​​поверхности, чтобы извлечь детали после формования. На этапе создания прототипа можно использовать ручное извлечение стержня (это может привести к снижению затрат на 40%).

• Если у вас не более 3 итераций, лучше использовать метод ручного извлечения керна.
• Для 5 итераций и более пневматический скользящий блок стоимостью 800 долларов будет лучшим выбором с точки зрения как стоимости, так и эффективности.

Какие виды отказов следует избегать при проектировании литьевых форм для изготовления деталей на заказ?

Логика проектирования пресс-формы для литья под давлением напрямую определяет качество получаемого прототипа. Неправильное проектирование литниковой системы, системы охлаждения и выталкивающей системы может привести к изгибам сварных швов и другим проблемам. Благодаря анализу потока расплава и сменным вставкам , выход годной продукции с первого раза может быть увеличен до более чем 90%.

Сварные швы и снижение прочности, вызванные неправильным расположением литникового канала.

Из-за неправильного расположения литникового канала в корпусе контроллера образовался сварочный шов прямо напротив основания защелки, в результате чего прочность на растяжение составила всего 52% от расчетного значения . После повторной установки литникового канала в хвостовую часть изделия прочность вернулась к уровню, превышающему 90% от прочности основного материала.

Недостаточное количество каналов охлаждения приводит к деформации и увеличению количества циклов.

Для обработки алюминиевой формы без охлаждающих каналов требуется 90 секунд, а плоскостность детали составляет более 0,15 мм. Благодаря прямому охлаждающему каналу диаметром 6 мм время цикла сокращается до 35 секунд , а деформация составляет 0,05 мм, что сочетает в себе эффективность и точность.

Конструкция с быстрой заменой вставок поддерживает итеративные модификации.

Эти сменные детали изготовлены как отдельные и независимые вставки. При необходимости модификации достаточно заменить только соответствующую вставку. Нет необходимости изготавливать всю форму заново. Фактически, это обойдется вам всего в 200-500 долларов.

Другими словами, это как замена батареи в телефоне : вы же не меняете весь телефон только потому, что батарея износилась, а меняете только основные части, чтобы он продолжал работать, тем самым экономя деньги и повышая его эффективность.

Рисунок 3: Техническая схема, иллюстрирующая различные типы повреждений кромок в литьевых формах, такие как вмятины, трещины, пластическая деформация и термические трещины.

Как определить, соответствуют ли изделия из пластмассы, изготовленные методом литья под давлением, требованиям окончательной сборки на этапе создания прототипа?

Главным фактором при принятии решения о пригодности прототипа изделия, изготовленного методом литья пластмасс под давлением, является его хорошая производительность и соответствие размеров серийно выпускаемой детали, чтобы в дальнейшем не потребовалась доработка.

Устранение различий в характеристиках между прототипом и исходным сырьем

Например, замена неармированного АБС-пластика на армированный стекловолокном АБС-пластик, используемый в серийном производстве, может привести к снижению коэффициента усадки с 0,5% до 0,2% , что может вызвать проблемы при сборке.

Крайне важно обеспечить, чтобы прототип и серийная продукция изготавливались из сырья одного и того же сорта, а разница в показателе MFI составляла не более 5%.

Точное воспроизведение коэффициента усадки с помощью параметров формования.

Параметры формования, такие как давление выдержки и температура пресс-формы, оказывают прямое влияние на степень усадки. Например, повышение давления выдержки с 50 МПа до 80 МПа снизит степень усадки, а повышение температуры пресс-формы приведет к увеличению степени усадки. При этом допустимое отклонение степени усадки в 0,2% может быть сохранено.

Стандарты выпуска отчетов о сертификации материалов и отчетов о контроле размеров.

В отчете о сертификации материала должны содержаться такие данные, как плотность, прочность на растяжение и т. д. Контроль размеров осуществляется с помощью координатно-измерительной машины (КИМ), где критический размер CPk составляет 1,33, что гарантирует соответствие прототипа и серийной детали и предотвращает проблемы при сборке.

Получите бесплатное руководство по проверке сборки изделий, изготовленных методом литья пластмасс под давлением, чтобы быстро определить, соответствует ли ваш прототип требованиям окончательной сборки, и избежать доработок.

Какие уникальные проблемы решает технология быстрого литья под давлением при изготовлении прототипов из пластика по сравнению с обработкой на станках с ЧПУ и 3D-печатью?

Технология быстрого литья под давлением позволяет за один цикл изготавливать довольно сложные полые детали, что исключает необходимость в обработке на станках с ЧПУ и склеивании. Кроме того, исключается накопление допусков при сборке.

Кроме того, в нем используются сырьевые материалы для литья под давлением с изотропными отклонениями 5%, а прочность на растяжение получаемых деталей в 2-3 раза выше, чем при 3D-печати методом FDM . В результате, это идеальный процесс для мелкосерийного прототипирования.

Сравнение производительности и стоимости различных методов обработки

Сравнение с ЧПУ: возможности формования сложных вогнутых структур.

Станки с ЧПУ не могут работать с закрытыми вогнутыми или глубокими узкими канавками. Это означает, что для завершения процесса необходима разборка и склеивание . Совокупные допуски при сборке достигают 0,2 мм.

С другой стороны, в технологии быстрого литья под давлением используются направляющие/угловые выталкиватели для однократного литья без каких-либо ошибок при сборке.

Сравнение с 3D-печатью: изотропные материалы имитируют реальную прочность.

Детали, напечатанные методом FDM, обладают прочностью по оси Z всего на 30% ниже, чем по плоскости XY. Кроме того, они не проходят испытания на огнестойкость и стерилизацию.

Однако быстрое литье под давлением с использованием сырья, предназначенного для литья под давлением, с изотропными отклонениями в 5% , позволяет проводить механическую проверку, отражающую реальные условия эксплуатации.

Свяжитесь с нашими инженерами для бесплатной оценки стоимости вашего проекта по изготовлению прототипа из пластмассы методом литья под давлением , сравнив экономическую эффективность различных методов обработки, чтобы выбрать оптимальное решение.

Какие три технических показателя важны при выборе лучших компаний по литью под давлением?

Выбор лучших компаний по литью под давлением требует особого внимания к трем основным параметрам, которые напрямую повлияют на качество прототипов, сроки выполнения и стоимость, не жертвуя при этом другими факторами.

При объеме производства всего 20-100 штук, смешанное линейное производство добавит 10 рабочих дней к очереди на изготовление прототипов пресс-форм, что приведет к задержке этапа исследований и разработок.

Компания JS Precision располагает не только цехом прототипирования, но и тремя специализированными машинами для литья под давлением , которые никогда не используются для массового производства. На предварительные заказы мы отвечаем в течение 48 часов, что обеспечивает быструю доставку.

Контроль допусков с обратной связью необходим для обеспечения точности. Для коррекции отклонений пресс-формы мы используем измерительные щупы Renishaw, а первая деталь проверяется с помощью координатно-измерительной машины (КИМ). Мы меняем технологический процесс таким образом, чтобы CPk составлял 1,33, а отклонения критических размеров поддерживались на уровне 0,05 мм, что является стандартом для массового производства.

Пример успешного применения продукции JS Precision: 50 прототипов рукояток для эндоскопов для стартапов в сфере медицинского оборудования.

Проверка прототипов медицинских изделий требует высочайших стандартов в отношении материалов, точности и сроков производства. Этот проект является хорошим примером того, как компания JS Precision, используя литье под давлением прототипов, может быстро и эффективно решать ключевые проблемы клиентов.

Возникшие трудности

Стартап по производству медицинского оборудования хотел приобрести 50 прототипов рукояток для эндоскопов. Одна из рукояток состоит из четырех скрытых зажимов и канала охлаждения диаметром 1,5 мм.

В качестве основного материала использовался сплав PC/ABS (HDT 110), и зажимы должны были выдерживать растягивающее усилие в 50 Н. Изготовление стальных форм заняло 8 недель и обошлось в 21 000 долларов, а образцы, напечатанные на 3D-принтере , деформировались после стерилизации при 70℃ и не соответствовали требованиям.

Решение

После тщательного анализа потребностей клиента компания JS Precision разработала целенаправленное решение для создания прототипа пресс-формы для литья под давлением.

Мы использовали алюминиевые формы 7075 , стоимость которых составила всего 5 800 долларов, что значительно снизило затраты для клиентов. Для решения проблемы с утопленными зажимами мы разработали конструкцию с вытягивающим сердечником, позволяющую изготавливать цельные отливки утопленных зажимов. Таким образом, мы обошли проблемы с точностью, возникающие при разборке.

Используя моделирование потока расплава, мы настроили литниковый канал на одноточечное впрыскивание в хвостовой части рукоятки, а линия сварки под декоративным ребром обеспечила прочность зоны напряжения зажимов.

Для серийной модели был выбран тот же материал PC/ABS (SABIC C6200).

Изменение параметров удержания давления (70 МПа × 3 с) и скорости впрыска (60 мм/с) позволило добиться в прототипе усадки, близкой к требуемой в массовом производстве, на уровне 0,5–0,7%, что обеспечило стабильность характеристик прототипа и деталей, выпускаемых серийно.

Пресс-формы были сданы в течение 7 дней, и после этого, всего за 2 часа, методом литья под давлением было изготовлено 50 деталей, что эффективно удовлетворило требования заказчика к циклу исследований и разработок.

Окончательные результаты

Средняя прочность на растяжение при защелкивании этой партии прототипов составила 53 Н, а прочность зоны сварного шва — 93% от прочности основного материала.

После термической обработки при 70℃ в течение 48 часов деформаций не наблюдалось, и образец прошел цитотоксическую проверку по стандарту ISO 10993-5 , что делает его пригодным для предварительного одобрения FDA.

Общая стоимость составила 6300 долларов, что позволило сэкономить 14 700 долларов по сравнению со стальными формами, а также сократить цикл на 7 недель. Впоследствии клиент заменил алюминиевые формы на жесткие для массового производства.