Ali je mogoče velike{0}}kalupe izdelati s kovinskim 3D-tiskanjem?

1. Velik korak naprej pri 3D-tiskanju velike-kovine: od laboratorija do tovarne
Glavna ideja kovinskega 3D-tiskanja je zlaganje kovinskih materialov enega na drugega in uporaba visoko-energijskih žarkov, kot so laserji ali elektronski žarki, za neposredno izdelavo zapletenih struktur. Ko gre za izdelavo velikih kalupov, je bil velik napredek dosežen na treh področjih:
Razširitev formata opreme
Radijska laserska oprema LiM-X1500H lahko oblikuje kose velikosti 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Hkrati lahko natisne okrogle in kvadratne dele letalskih motorjev. V tem delu je veliko votlih konstrukcij in ojačitvenih reber. Tradicionalni postopki zahtevajo obdelavo blokov in spajanje, medtem ko tehnologija SLM skrajša proizvodni cikel za več kot 50 % in uporabi več kot 90 % materiala z integriranim oblikovanjem. Še pomembneje pa je, da ima njegova oprema LiM-X800H+, ki je izšla leta 2024, višino oblikovanja mreže 2,5 metra in je lahko izdelala spiralne strukturne komponente iz titanove zlitine, ki so velike 418 mm × 362 mm × 2210 mm. To dokazuje, da je oprema dovolj stabilna za izdelavo velikih in lahkih komponent.
Sodelovanje med številnimi laserji in izboljšanje procesov
Obvladovanje toplotne obremenitve je težava-za velikotiskanje. Pri tiskanju več kot 6-metrskih okvirjev letal iz titanove zlitine Leiming laser sprejme tehnologijo več-laserskega sodelovanja, da doseže stopnjo prekrivanja laserske točke na 30 %. Pri uporabi z dinamičnim pristopom porazdelitve prahu to zmanjša preostalo napetost za 40 %, kar zagotavlja, da so dimenzije ultra velikih delov (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) pravilne. Zasnova za optimizacijo topologije toplotnega izmenjevalnika iz aluminijeve zlitine (569 mm × 527 mm × 512 mm) prav tako prikazuje, kako je mogoče tehnologijo SLM uporabiti za kombinacijo pretočnega kanala in glavne strukture. To kaže, kako prilagodljiva je metoda za kompleksne hladilne sisteme.
Inovacije v hibridni proizvodnji in naknadni-obdelavi
Laiming Laser je razvil rešitev za aditivno proizvodnjo z zelenim laserjem za materiale z visoko odpornostjo- na kovine, kot je čisti baker. Ta sistem je uspešno natisnil potisne komore in rebraste strukture za odvajanje toplote iz čistega bakra. Ta metoda presega mejo absorpcije običajnih rdečih laserjev na materialih, ki hitro reagirajo, zaradi česar je tiskanje čistega bakra trikrat bolj učinkovito. Površinska hrapavost je Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Industrijska uporaba masivne proizvodnje kalupov: od testiranja idej do njihove izdelave v velikih količinah
Kovinsko 3D-tiskanje je bilo uporabljeno v več-visokih podjetjih za izdelavo velikih kalupov, njegova vrednost pa je bila dokazana s-primeri iz resničnega sveta:
Lahka in funkcionalna integracija v letalstvu
Potreba po lahkih ogrodjih brezpilotnih letal v nizko-nadmorskem gospodarstvu je privedla do uporabe-3D-tiskanja velikega obsega. Luming Laser je uporabil LiM-X260A za tiskanje okvirja drona iz titanove zlitine, ki meri 153 mm × 153 mm × 25 mm in tehta manj kot 0,3 kg. Optimizacija topologije zmanjša število delov in število korakov v proizvodnem procesu z 12 na 3. Tiskarski cikel se prav tako skrajša na 5 ur. Ta scenarij kaže, da lahko kovinsko 3D tiskanje najde ravnovesje med težo in strukturno močjo, kar je zelo pomembno za boljše delovanje letalske opreme.
Energetska oprema: sestavljanje zapletenih hladilnih sistemov v enem kosu
Zasnova hladilnega kanala v velikih kalupih za izmenjevalnike toplote ima neposreden vpliv na učinkovitost opreme za jedrsko energijo. Tradicionalne metode zahtevajo na stotine hladilnih lukenj, izvrtanih v kalup. Kovinski 3D-tiskanje po drugi strani ustvari konformni kanal hladilne vode, ki skrajša razdaljo pretoka hladilne tekočine za 60 % in poveča učinkovitost prenosa toplote za 25 %. Tehnologija SLM je bila na primer uporabljena za tiskanje kalupa za jedrski generator pare, ki je imel kanal za hladilno vodo, širok le 2 mm. Ta kalup je bil visok 1,2 metra in je imel enoten nadzor temperature, kar je rešilo problem utrujenosti materiala, do katerega pride, ko se deli pri tradicionalnih postopkih preveč segrejejo.
Avtomobilska proizvodnja: Hitro spreminjanje velikih kalupov
Večina kalupov za avtomobilske plošče je večjih od 3 metrov, tradicionalne metode litja pa potrebujejo poskusni proizvodni cikel od 6 do 8 tednov. 3D-tiskanje kovin skrajša čas, potreben za izdelavo jedra kalupa, na dva tedna z neposredno izdelavo. Določena znamka vozil z novo energijo je uporabljala tehnologijo DED za popravilo velikih-kalupov za tlačno litje. Plast-odporna proti obrabi na površini kalupa je bila fiksirana v 48 urah s hkratnim dovajanjem in taljenjem prahu. Plast za popravilo je bila trda HRC52, kar je 20 % trše od običajne metode varjenja. To pomeni, da kalup ne bo spremenil oblike zaradi toplotno prizadetega območja.
3. Tehnološki izzivi in ​​prihodnji trendi: od preboja na eni točki do prestrukturiranja okolja
Čeprav ima kovinsko 3D-tiskanje v-velikem obsegu velik potencial, ima še vedno tri velike težave, ki jih je treba rešiti, preden se lahko široko uporablja:
Nadzor nad stroški in učinkovitostjo materialov
Za izdelavo kalupov so potrebni materiali, ki so bili kaljeni in utrjeni, vendar lahko 3D-tiskanje hitro ohladi materiale, zaradi česar so lahko bolj krhki. Rešitev je izdelava jeklenega prahu z nizko-napetostnim martenzitnim staranjem in toplotna-obdelava, da postane težje na 52HRC. S tehniko gradientnega tiskanja materiala se na površino kalupa nanese trda prevleka, medtem ko se v območju jedra ohrani trdna matrica. To uravnoteži odpornost proti obrabi in odpornost proti udarcem.
Testiranje stabilnosti in kakovosti v procesu
Pri tiskanju v velikem obsegu lahko lokalno pregrevanje ali kontaminacija prahu povzroči povečanje stopnje napak. Industrija si prizadeva za-tehnologije spremljanja na kraju samem, kot je oprema LiM-X800H+, ki združuje infrardeče toplotne slike in sisteme za spremljanje talilnih bazenov z radijevim laserjem. Ta tehnologija lahko spremeni moč laserja v realnem času in zmanjša število napak s 3 % na 0,5 %. Hkrati lahko modeli za napovedovanje napak, ki temeljijo na AI-, vnaprej odkrijejo dejavnike tveganja, tako da pogledajo pretekle podatke o tiskanju, kar pomaga ohranjati kakovost še bolj stabilno.
Sodelovanje in standardizacija v industrijski verigi
Izdelava ogromnih kalupov zahteva kombinacijo več korakov, kot so 3D tiskanje, CNC obdelava in toplotna obdelava. GF Processing Solutions je lansiral proizvodno rešitev "hibridnih delov", ki uporablja avtomatizirane delovne postaje za brezhibno združevanje subtraktivnih in aditivnih procesov. To skrajša čas, potreben za izdelavo kalupov, za 40 %. Uvedba standarda ISO/ASTM 52921 določa tudi standarde za pomembne dejavnike, kot so tolerance dimenzij in površinska hrapavost za 3D-tiskanje kovin-velikega merila. To industriji omogoča uporabo te tehnologije v širokem obsegu.