Investigation of FDM-Based 3D Printing for Optimized Tooling in Automotive and Electronics Sheet Metal Cutting
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI, Basel, Switzerland
Abstract
ENG: Within the scope of the work, the possible use of fused deposition modeling (FDM) technology in executing rapid prototypes of cutting tools for aluminum sheets was systematically studied. Relevant investigations have thus far mainly concentrated on tools for the 3D printing of bent and deep-drawn pieces, yet the implementation of FDM tools in cutting has been insufficiently covered. This study aims to determine the characteristics of FDM cutting tools, such as wear and tear, dimensional stability, and cutting efficiency. Various tool designs were tested under different wall thicknesses and orientations with respect to the feed of Al99.5 sheets with thicknesses of 0.22 mm and 0.3 mm. According to the results, in the best case, three-dimensional printed PLA tools performed six cuts with no burrs and an acceptable wear level due to the IT tolerances (IT9 and IT10). Tools with thicker walls and more appropriate orientations were found to be more robust. However, some designs failed when subjected to greater loads, revealing a deficiency in some of the strength properties of the material. These observations suggest that it is possible to create 3D printed tools for modeling and small-scale production at considerably cheaper and faster rates than conventional methods. Future work will integrate advanced materials and designs to enhance tool performance, further solidifying FDM as a transformative approach in industrial tool manufacturing. With this research, the authors wanted to demonstrate that FDM technology can also be used to produce a classic sheet cut, which, of course, is still of great importance for prototyping or setting up production processes. This research demonstrated that FDM printing can play a role in this area.
UKR: У межах цієї роботи було систематично вивчено можливість використання технології моделювання методом наплавлення (FDM) для швидкого прототипування інструментів різання алюмінієвих листів. До цього часу відповідні дослідження переважно зосереджувалися на інструментах для 3D-друку зігнутих і глибоковитягнутих деталей, проте застосування FDM-інструментів у різанні залишалося недостатньо вивченим. Метою цього дослідження було визначити характеристики інструментів для різання, створених методом FDM, такі як знос, розмірна стабільність і ефективність різання. Було протестовано різні конструкції інструментів із різною товщиною стінок та орієнтацією щодо подачі алюмінієвих листів Al99.5 товщиною 0,22 мм та 0,3 мм. За результатами дослідження, у найкращому випадку тривимірно надруковані інструменти з PLA виконали шість зрізів без задирок і з допустимим рівнем зносу відповідно до IT-толеранцій (IT9 та IT10). Інструменти з товстішими стінками та більш відповідними орієнтаціями виявилися більш міцними. Однак деякі конструкції зазнали невдачі під час застосування більших навантажень, що виявило недостатність властивостей міцності матеріалу. Ці спостереження свідчать про те, що створення 3D-друкованих інструментів для моделювання та маломасштабного виробництва є можливим за значно нижчою вартістю та швидшими темпами порівняно з традиційними методами. Майбутні дослідження будуть зосереджені на інтеграції вдосконалених матеріалів та конструкцій для покращення характеристик інструментів, що ще більше зміцнить позиції FDM як революційного підходу у виробництві промислових інструментів. Цим дослідженням автори прагнули продемонструвати, що технологія FDM також може бути використана для виготовлення класичних інструментів для різання листового металу, що, безумовно, є важливим для прототипування або налагодження виробничих процесів. Дослідження підтвердило, що FDM-друк може знайти своє застосування в цій галузі.
UKR: У межах цієї роботи було систематично вивчено можливість використання технології моделювання методом наплавлення (FDM) для швидкого прототипування інструментів різання алюмінієвих листів. До цього часу відповідні дослідження переважно зосереджувалися на інструментах для 3D-друку зігнутих і глибоковитягнутих деталей, проте застосування FDM-інструментів у різанні залишалося недостатньо вивченим. Метою цього дослідження було визначити характеристики інструментів для різання, створених методом FDM, такі як знос, розмірна стабільність і ефективність різання. Було протестовано різні конструкції інструментів із різною товщиною стінок та орієнтацією щодо подачі алюмінієвих листів Al99.5 товщиною 0,22 мм та 0,3 мм. За результатами дослідження, у найкращому випадку тривимірно надруковані інструменти з PLA виконали шість зрізів без задирок і з допустимим рівнем зносу відповідно до IT-толеранцій (IT9 та IT10). Інструменти з товстішими стінками та більш відповідними орієнтаціями виявилися більш міцними. Однак деякі конструкції зазнали невдачі під час застосування більших навантажень, що виявило недостатність властивостей міцності матеріалу. Ці спостереження свідчать про те, що створення 3D-друкованих інструментів для моделювання та маломасштабного виробництва є можливим за значно нижчою вартістю та швидшими темпами порівняно з традиційними методами. Майбутні дослідження будуть зосереджені на інтеграції вдосконалених матеріалів та конструкцій для покращення характеристик інструментів, що ще більше зміцнить позиції FDM як революційного підходу у виробництві промислових інструментів. Цим дослідженням автори прагнули продемонструвати, що технологія FDM також може бути використана для виготовлення класичних інструментів для різання листового металу, що, безумовно, є важливим для прототипування або налагодження виробничих процесів. Дослідження підтвердило, що FDM-друк може знайти своє застосування в цій галузі.
Description
B. F. Szívós: ORCID 0009-0003-6110-345X; V. Nemes: ORCID 0009-0003-3312-4413; D. Kurhan: ORCID 0000-0002-9448-5269; M. Sysyn: ORCID 0000-0001-6893-0018; S. Fischer: ORCID 0000-0001-7298-9960
Keywords
3D printing, PLA, FDM, rapid prototype, 3D scanning, optimization, part-off die, cut-off die, GOM ATOS, sheet metal, 3D-друк, швидке прототипування, 3D-сканування, оптимізація, відрізний штамп, роздільний штамп, листовий метал, КТІ
Citation
Szalai S., Szívós B. F., Nemes V., Szabó G., Kurhan D., Sysyn M., Fischer S. Investigation of FDM-Based 3D Printing for Optimized Tooling in Automotive and Electronics Sheet Metal Cutting. Applied Sciences. 2025. Vol. 15, Iss. 1. 442. DOI: 10.3390/app15010442.