Kakšna je življenjska doba kovinskih kalupov za 3D tiskanje?

1. Inovacije materialov: nove uporabe zlitin visoke trdnosti
Kako dolgo bo kalup zdržal, je odvisno od kakovosti materiala. Toplotna obdelava in notranje napake omejujejo življenjsko dobo tipičnih kalupnih jekel, kot sta H13 in S136. Po drugi strani so kovinski posebni materiali za 3D-tiskanje s spremembo svoje sestave in postopkov dosegli velike izboljšave.
Ultra{0}}jeklo CX (Corrax) in 1.2709 (18Ni300) se uporabljata v industriji: natezna trdnost teh dveh materialov je 1700 MPa in 2000 MPa, medtem ko je njuna meja tečenja več kot 1600 MPa. Ko gre za kalupe za brizganje, CX zdrži prav tako dolgo kot jeklo S136; ko gre za-kalupe za tlačno litje, 1.2709 zdrži prav tako dolgo kot jeklo H13. Na primer, podjetje, ki izdeluje električna vozila, uporablja material 1.2709 za izdelavo-kalupov za tlačno ulivanje ohišij baterijskega paketa. Z zasnovo optimizacije topologije se teža kalupa zmanjša za 40 %, njegova življenjska doba pa je skoraj 80.000-krat daljša, kar je 40 % dlje kot pri standardnih metodah.
Velik korak naprej pri vzdržljivosti visokotemperaturnih-zlitin: Optisys izdeluje kalupe za šobe iz bakrovih zlitin za zelo težke razmere, kot so turbinski koluti za letalske motorje, s tehnologijo DMLS. Zdrži udarce pri temperaturah do 3000 stopinj in ima toplotno prevodnost 380 W/(m · K). Njegova življenjska doba je trikrat daljša od običajnih metod kovanja.
Izdelava posebnih materialov po meri
Aluminijeva zlitina Al250C zdrži več kot 5000 ur pri visoki temperaturi 250 stopinj, kar je 50-krat dlje kot aluminijeva zlitina Scalmalloy. Veliko se je uporabljal v strukturnih komponentah letalstva, kjer je nadomestil nekatere komponente iz titanove zlitine, da bi prihranil denar.
Shanghai Yisu Laser je izdelal ESU-H13 Mould Steel, nov praškasti material. Z izboljšanjem načina razprševanja karbidov se je življenjska doba-kalup za tlačno litje podaljšala s 30.000-krat pri tradicionalnih tehnikah na 60.000-krat.
2. Optimizacija procesa: nadzor celotne verige od načrtovanja do oblikovanja
Ne samo, da kakovost materialov vpliva na življenjsko dobo kalupa, ampak tudi celoten nadzor procesa od zasnove do oblikovanja.
Inovativna zasnova konformnega kanala hladilne vode
Funkcije večplastne izdelave kovinskega 3D tiskanja omogočajo ustvarjanje prefinjenih konformnih hladilnih kanalov znotraj kalupa. Zaradi tega je temperatura kalupa bolj enakomerna in se giblje od ± 15 stopinj do ± 3 stopinje. Podjetje Broadcom Precision je na primer izdelalo-kalup za tlačno ulivanje ohišja valja motorja za svetovno avtomobilsko podjetje. Z optimizacijo razporeditve kanala hladilne vode s simulacijo se je čas cikla skrajšal za 35 %, stopnja zvitosti izdelka je padla z 0,8 % na 0,15 %, stopnja izkoristka se je povečala na 99,5 %, življenjska doba kalupa pa se je podaljšala za 100.000-krat.
Tehnologija cepljenja se zdaj uporablja na zrel način.
Tehnologija tiskanja cepljenja povezuje 3D natisnjen element z osnovo za hitro in enostavno izdelavo velikih kalupov. Izkušnje so pokazale, da cepilni tisk in splošni tisk kalupov ne podaljšata obstojnosti, čeprav stane 60 % manj. Funkcija samodejnega cepljenja Huashu High Tech ima na primer natančnost namestitve 0,05 mm, kar močno pospeši proizvodnjo.
Izboljšanje natančnosti multi{0}}laserske opreme
Platinum BLT-S450 uporablja štiri lasersko tehnologijo sinhronega skeniranja, zaradi česar je postopek oblikovanja 300 % učinkovitejši. Tehnologija dinamičnega razprševanja prahu tudi ohranja površinsko hrapavost Ra manj kot ali enako 6,3 μm, kar zmanjša količino poliranja, ki je potrebno pozneje, in podaljša življenjsko dobo kalupa.
3. Tehnologija naknadne-obdelave: najboljši način za zagotavljanje učinkovitosti ob utrujanju
Na dolgo življenjsko dobo kovinskih kalupov za 3D tiskanje močno vplivajo notranje napake, kot sta poroznost in pomanjkanje fuzije. Tehnika naknadne-obdelave močno poveča utrujenost kalupov, tako da se znebi napak in jih naredi bolj organizirane.
Odpravljanje napak pri vročem izostatičnem stiskanju (HIP)
Tehnologija HIP doseže gostoto materiala blizu 100 % z uporabo visokih temperatur in visokih pritiskov, da se znebi notranjih por in mikrorazpok. Na primer, eno letalsko podjetje je uporabilo HIP-obdelane 3D-natisnjene kalupe turbinskih diskov, zaradi česar so zdržali 200 % dlje kot neobdelani vzorci in 95 % dlje od običajnih postopkov kovanja.
Pravilen nadzor postopka toplotne obdelave
Kaljenje in popuščanje: z uravnavanjem temperature segrevanja in hitrosti ohlajanja lahko dosežete najboljše ravnovesje trdote in žilavosti v kalupu. Na primer, po kaljenju in popuščanju ima jeklo 1.2709 trdoto 50-52HRC in udarno žilavost CVN 7J, kar je dovolj močno za kalupe za tlačno litje.
žarjenje z razbremenitvijo napetosti: Ta metoda lahko odstrani notranjo preostalo napetost iz velikih kalupov in prepreči njihovo pokanje med uporabo. Kalupi, izdelani z opremo serije Huashu High Tech FS273M, na primer, po obdelavi z žarjenjem spremenijo obliko za največ 0,05 mm.
Kreativna uporaba tehnologije za močnejše površine
Ojačitev s strganjem: ko-hitre krogle zadenejo površino kalupa, ustvarijo plast tlačne napetosti, zaradi katere je ta močnejši proti utrujenosti. Življenjska doba posebne matrice za kovanje se je na primer podaljšala z 20.000 ciklov na 50.000 ciklov po obdelavi s strganjem.
Kemično trdo kromiranje: na površino kalupa dodajte plast trdega kroma, ki je debel 0,02 do 0,05 mm. Zaradi tega je trikrat bolj odporen proti obrabi in je primeren za razmere visoke-obrabe.
4. Primer običajne uporabe: industrijska predstavitev preboja v življenjski dobi
Avtomobilska industrija: Broadcom Precision velik korak naprej pri-kalupih za tlačno litje
Integrirani vložek kalupa za 3D-tiskanje podjetja Broadcom Precision zdrži več kot 50.000 ciklov, lahko prenese udarce 22J in ima 100-odstotno stopnjo izkoristka izdelka. Svetovno avtomobilsko podjetje je uporabilo ta kalup za izdelavo ohišja baterijskega paketa. Znižal je stroške vsake enote za 75 % in skrajšal dobavni rok z 11 mesecev na 2 meseca.
Aerospace: Kalupi za raketne motorje za Relativity Space
Relativity Space izdeluje 3D natisnjene kalupe za šobe iz bakrene zlitine z opremo EOS M400. Ti kalupi s tehnologijo zelenega laserja rešujejo problem bakrovih zlitin, ki so preveč odsevne. Življenjska doba ustreza zahtevi SpaceX-ovega projekta Starship po eni enoti vsak teden, stroški vsake izstrelitve pa se znižajo za 30 %.
Natančna optimizacija kalupov Xiaomi Technology za potrošniško elektroniko
Xiaomi Technology in Yisu Laser sodelujeta pri izdelavi-kalupov za tlačno ulivanje okvirjev mobilnih telefonov iz materiala ESU-H13. Kalup zdrži 120.000-krat dlje kot tradicionalne metode, ker sistem AI optimizira strukturo kanala za hladilno vodo. To Xiaomiju omogoča, da vsako leto pošlje več kot 50 milijonov enot serije 14.
5. Trendi in problemi v panogi
Tehnologija Fusion Trend AI+3D tiskanje: programska oprema Siemens NX uporablja algoritme AI za samodejno ustvarjanje najboljše postavitve kanala za hladilno vodo. To skrajša cikel načrtovanja z 72 ur na 8 ur.
Aditiv in aditivni kompozit: Hibridna oprema LASERTEC 65 3D podjetja DMG MORI združuje "tiskanje" in "rezkanje" s površinsko hrapavostjo Ra manjšo ali enako 0,8 μm.
Ozko grlo za široko-uporabo
Stroški materiala: prah iz nerjavečega jekla 316L še vedno stane kar 500 USD na kilogram, kar je 5- do 8-krat več kot drugi materiali za kovanje.
Pomanjkljivost standarda: standard ISO/ASTM 52900 pokriva le 30 % aplikacij kalupov, zahteve za testiranje kalupov z zapleteno strukturo pa je treba takoj posodobiti.
Vrzel v talentih: svetovna industrija kalupov potrebuje še 120.000 inženirjev za 3D-tiskanje, za usposabljanje novih kompozitnih talentov pa je potrebnih 3 do 5 let.