Kako združiti kovinsko 3D tiskanje in brizganje kalupov?

一, Glavna ideja tehnološke integracije je prehod od "nadomestljivosti" k "komplementarnosti".
3D-tiskanje kovin in brizganje nista le dve tehnologiji, ki delujeta skupaj; so mešanica "aditivne proizvodnje" in "subtraktivne obdelave", ki skupaj izboljšata učinkovitost in funkcionalnost. Naslednje tri stvari kažejo njegovo glavno logiko:
Velik korak naprej v svobodi oblikovanja
Običajni kalupi za brizganje so omejeni z metodami obdelave, zapleteni dizajni, kot so konformni kanali za hladilno vodo in notranja ojačitvena rebra, pa zahtevajo različne proizvodne in montažne postopke, kar vodi do visokih cen in podaljšanih ciklov. Tehnika LPBF lahko neposredno natisne integrirane zapletene strukture s taljenjem kovinskega prahu eno plast naenkrat. Laserska tehnologija je na primer ustvarila tretjo-generacijo dihajočega jekla, ki lahko izdela več-smerne dihajoče strukture z odprtino 0,04 mm v kalupih. To rešuje problem tipičnih jeklenih vložkov, ki dihajo, in niso zelo dobri pri prepuščanju zraka.
Iskanje pravega ravnovesja med stroški in učinkovitostjo
Nakup opreme za kovinski 3D-tiskanje stane veliko, vendar lahko pomaga zmanjšati materialne odpadke (z več kot 90-odstotno stopnjo izkoriščenosti materiala). Podjetja lahko uporabijo 3D-tiskanje za izdelavo osnovnih delujočih elementov kalupov (kot so konformni hladilni vložki) in tradicionalno obdelavo za izdelavo perifernih struktur. To močno zniža stroške. B&J Specialty na primer uporablja ProX DMP 300 podjetja 3D Systems za tiskanje vložkov kalupov za avtomobilske cevovode. To skrajša čas hladilnega cikla z 1 minute na 40 sekund, poveča učinkovitost proizvodnje za 30 % in podaljša življenjsko dobo kalupa za 25 %.
Hitre spremembe in izdelava stvari po naročilu
S kovinskim 3D-tiskanjem lahko hitro izdelamo prototipe kalupov za testiranje in preverjanje v fazi razvoja izdelka. To zmanjša stroške vnovičnih sprememb dizajna. Na primer, podjetje, ki izdeluje gospodinjske aparate, uporablja tehnologijo LPBF za izdelavo vzorčnih blokov za brizganje za lupine klimatskih naprav. To skrajša tradicionalni 12-procesni 45-dnevni cikel na 12 dni in zmanjša napake pri sestavljanju z 0,1 mm na 0,02 mm, kar podaljša življenjsko dobo kalupa za 200.000-krat.
2, Pogosti primeri uporabe: od izboljšanja funkcionalnosti do nadgradnje industrije
1. Prilagodljiv hladilni sistem je najboljši način za odpravljanje težav z brizganjem.
Večino časa je tokokrog hladilne vode v tipičnih kalupih za brizganje raven, zaradi česar se težko ujema s površino izdelka. To povzroči neenakomerno ohlajanje in deformacijo izdelka. Tehnologija LPBF lahko naredi konformni kanal, ki se popolnoma prilega obliki predmeta, kar ga enakomerno ohladi. Na primer:
Kalup za avtomobilske cevovode: z uporabo programske opreme Cimatron je B&J Specialty izdelal konformen krogotok hladilne vode, ki je znižal temperaturo kalupa s 132 na 18 stopinj Celzija, zmanjšal stopnjo krčenja izdelka za 67 % in dvignil izkoristek na 98 %.
Zobozdravstveno podjetje izdeluje nevidne kalupe za ortodontske pripomočke s tehnologijo μ - LPBF, ki ima natančnost tiska 2–5 μm. Zasnova optimizacije topologije izboljša homogenost porazdelitve ortodontske sile za 40 % in dvigne stopnjo prilagajanja pacientov s 85 % na 98 %.
2. Da bi odpravili težavo z ujetim plinom, se morata struktura, ki diha, in telo kalupa popolnoma ujemati.
Če se plin v votlini kalupa med postopkom brizganja ne sprosti dovolj hitro, lahko povzroči težave, vključno z mehurčki izdelka in slabim taljenjem. Klasična metoda zahteva vstavljanje jekla, ki diha, v kalup, vendar ne deluje tako dobro, če je struktura zapletena. Tehnologija LPBF lahko natisne porozne plasti, ki dihajo neposredno na telo kalupa. Na primer:
Kalup za-oblikovanje s plinom: določeno podjetje uporablja LPBF za tiskanje jeder kalupa, ustvari porozno plast na dnu rebraste plošče in vdela prezračevalno palico s porozno zgornjo plastjo. Plin med brizganjem potiska navzdol na rebrasto ploščo in vrh prezračevalne palice. To potisne izdelek proti površini votline, s čimer se znebi notranjih napetosti in ustavi črte krčenja na površini.
Elektronski kalupi z visoko natančnostjo: proizvajalec kalupov za izdelke 3C izdeluje kalupe za okvirje mobilnih telefonov z uporabo LPBF. Kalupi imajo zračno strukturo z 0,04 mm odprtino v izpušnem območju, ki zniža tlak vbrizgavanja za 30 % in podaljša življenjsko dobo kalupa za 40 %.
3. Lahka in funkcionalna integracija: od "strukturnih komponent" do "inteligentnih modulov" Tehnologija LPBF podpira lahko zasnovo, kot sta rešetkasto polnilo in mrežna struktura, in lahko integrira funkcionalne module, kot so senzorji in grelni elementi. 3. Lahka in funkcionalna integracija: od "strukturnih komponent" do "inteligentnih modulov" Kot primer:
Določeno podjetje uporablja nosilec iz aluminijeve zlitine, ki ga je izdelal LPBF, za svoj novi baterijski paket za energetska vozila. Nosilec je 38 % lažji zaradi svoje rešetkaste strukture in prestane 150 % preobremenitveni test, kar poveča doseg za 8 %.
Sistem pametnih kalupov: Medicinsko podjetje postavi temperaturne senzorje v kalupe, natisnjene LPBF-, da lahko v realnem času spremljajo temperaturo kroga hladilne vode. Algoritmi umetne inteligence sproti spreminjajo parametre vbrizgavanja, da je izdelek 50 % bolj skladen.
3, Tehnološki problemi in trendi za prihodnost: od "enotočkovnega preboja" do "ekološkega prestrukturiranja"
1. Trenutni problemi: materiali, točnost in naknadna-obdelava
Nekatere kovinske prahove, vključno z bakrovimi zlitinami z visoko toplotno prevodnostjo, je treba še optimizirati za tiskanje, tako da sta gostota in cena uravnotežena.
Kakovost in natančnost površine: kalupi, natisnjeni z LPBF, potrebujejo CNC natančno obdelavo ali streljanje, da dosežejo površinsko hrapavost (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Integracija več materialov: LPBF zdaj podpira samo tiskanje z enim materialom hkrati. Vendar kalupi običajno potrebujejo sestavljene konstrukcije iz različnih materialov, kot sta jeklo z visoko-trdoto in baker z visoko-toplotno-prevodnostjo.
2. Prihodnji trendi: združevanje tehnologij in prestrukturiranje okolja
Hibridna orodja za izdelavo stvari: Tehnologija AXIOM združuje šobe za 3D tiskanje in CNC rezkalnike, da zagotovi "aditivno subtraktivno" integrirano obdelavo. To zmanjša velikost in stroške opreme, potrebne za opravljanje dela.
Pametna optimizacija procesa: LPBF lahko predvidi preostale napetosti in deformacije v realnem času s kombiniranjem modelov termične mehanske sklopke z metodami strojnega učenja. Na primer, Autodeskov model končnih elementov ohranja razliko v radialni in obodni natezni zmogljivosti turbinskih lopatic iz titanove zlitine znotraj 5 % in poskrbi za 30 % daljšo življenjsko dobo.
Zelena proizvodnja in krožno gospodarstvo: LPBF reciklira več kot 85 % svojega prahu in ne sprošča nobene rezalne tekočine, zato izpolnjuje predpise zelene proizvodnje, vključno z "ogljično tarifo" EU. Eno podjetje je znižalo stroške posameznega niza materialov za kalupe za 20 % z recikliranjem prahu, ki se še ni stopil, in njegovim presejanjem.