Zakaj je optimizacija hladilnega sistema kalupa primerna za kovinski 3D-tiskanje?

一, Projektna težava s standardnimi hladilnimi sistemi: prehod od "ravnega vrtanja" do "toplotnega neravnovesja."
Klasični način hlajenja kalupov uporablja tehniko križnega vrtanja obdelovalnih strojev, krog hladilne vode pa je običajno ravna ali lomljena. Ta oblika ima tri glavne težave:
Ravni kanal se ne prilega kompleksni ukrivljeni površini kalupne votline, zaradi česar so hladilne razdalje neenakomerne. Na primer, ko kalup za avtomobilski odbijač uporablja tipičen kanal, temperaturna razlika na površini jedra preseže 45 stopinj, lokalni čas hlajenja se podaljša za 30 %, stopnja zvijanja izdelka pa je kar 8 %.
Koncentracija toplotne obremenitve: jedro kalupa se neenakomerno ohlaja, kar povzroča temperaturne razlike, ki prispevajo k razpokam zaradi toplotne utrujenosti. Po 2000 zaporednih izdelavah je določen-kalup za tlačno litje zlomil jedro, ker se je na enem mestu preveč segrelo. Stroški vzdrževanja so znašali 35 % celotne cene kalupa.
Veliko zapravljenega materiala: pri tradicionalni obrti je treba nameniti prostor za obdelavo vodnih poti, kalupe pa je treba izdelati ločeno, preden jih je mogoče sestaviti. Ko dani kalup za rezilo letalskega motorja uporablja tradicionalno tehnologijo, stopnja rezanja materiala naraste do 72 %. Če pride do napak pri montaži, se možnost zamašitve kroga hladilne vode poveča za 20 %.
2, tehnologija kovinskega 3D tiskanja je naredila velik korak naprej: od "pasivne prilagoditve" do "aktivnega oblikovanja"
Postopki taljenja in zlaganja po plasteh pri 3D-tiskanju kovin popolnoma spremenijo način oblikovanja tradicionalnih hladilnih sistemov. Njegove glavne prednosti se kažejo na naslednje načine:
1. Prilagodljiv tokokrog hladilne vode, ki vam omogoča zelo natančno nastavitev temperaturnega polja
S kovinskim 3D-tiskanjem lahko ustvarite konformen krog hladilne vode, ki se popolnoma prilega obliki votline kalupa. Konični spiralni konformni kanal, ki ga je Bastech izdelal za industrijsko montažo, je bil izboljšan s programsko opremo Cimatron. Površina vodne poti se je povečala s 24,2 kvadratnih palcev na 52,2 kvadratnih palcev, učinkovitost hlajenja pa se je povečala za 116 %. Dejanski rezultati testa razkrivajo, da se je čas ohlajanja kalupa zmanjšal z 10,5 sekunde na 7,5 sekunde, čas cikla se je skrajšal za 14 %, stopnja ostankov izdelka pa se je zmanjšala s 5,2 % na 0,8 %.
2. Struktura optimizacije topologije: reševanje konflikta med "močjo materiala"
Da so tradicionalni kalupi močni, potrebujejo precejšnje strukture. Po drugi strani pa lahko kovinski 3D-tiskanje naredi lahke notranje strukture z optimizacijo topologije. Na primer, nov kalup za baterijsko škatlo za električna vozila ima mrežasto strukturo, ki zmanjša težo za 42 %, hkrati pa ohranja enako trdnost. Doda tudi 60 % več prostora za krogotok hladilne vode in skrajša cikel brizganja za 25 %.
3. Več-kompozitni tisk: omogočanje "funkcionalnega gradientnega hlajenja"
Napredni stroji za 3D tiskanje kovin lahko nanesejo različne materiale v gradient. Na primer, kalup za turbinsko lopatico letalskega motorja uporablja sestavljeno strukturo "površine iz bakrove zlitine z visoko toplotno prevodnostjo + jedra iz -zlitine titana z visoko trdnostjo." Zaradi tega je površinska temperatura kalupa 30 % bolj enakomerna in traja 2,3-krat dlje kot tradicionalni postopki.
3, Analiza stroškov-koristi: od "visoke cene na enoto" do "prednosti celotnega življenjskega cikla"
Čeprav so kovinska oprema in materiali za 3D-tiskanje dragi, so stroški celotnega življenjskega cikla precejšnji v situacijah, ko morate izdelati majhno število predmetov z visoko-dodano vrednostjo-:
1. Stroški materiala: od "70% odpadkov" do "95% porabe"
Običajno je za izdelavo kalupa potrebnih od 60 % do 75 % materiala, medtem ko kovinsko 3D tiskanje porabi več kot 95 % materiala. Na primer, izdelava kalupa za medicinski vsadek s tradicionalnimi metodami potrebuje 12 kg surovcev iz titanove zlitine, medtem ko 3D-tiskanje potrebuje samo 1,8 kg prahu, kar prihrani 85 % materiala.
2. Stroški obdelave: od "več-procesnega sodelovanja" do "integracije ene opreme."
Za izdelavo tradicionalnega kalupa, kot je CNC rezkanje, strojna obdelava z električnim praznjenjem in rezanje žice, je potrebnih 12 korakov. Celoten postopek lahko traja do 4–6 tednov. En sam stroj lahko neposredno 3D natisne kovino in z malo natančne obdelave lahko doseže površinsko hrapavost Ra0,8 μm. Bastechovi resnični testi razkrivajo, da 3D natisnjeni kalupi potrebujejo 80 % manj časa za programiranje in izdelavo kot tradicionalne metode, strošek obdelave posameznega kosa pa je 40 % nižji.
3. Skriti stroški: od "kompromisa oblikovanja" do "hitre ponovitve"
Odpiranje tradicionalnega kalupa stane veliko, in če želite spremeniti dizajn, boste morali narediti novega, kar stane 30 % do 50 % prvotne cene. Kovinski 3D-tiskanje olajša hitro pretvorbo računalniških modelov v dejanske kalupe. S 3D-tiskanjem je podjetje zabavne elektronike skrajšalo čas, potreben za spreminjanje izdelka, s treh mesecev na dva tedna. To jim omogoča, da izkoristijo tržne priložnosti, hkrati pa prihranijo 6 milijonov juanov pri stroških poskusov in napak.
4. Industrijska ekološka rekonstrukcija: prehod od "tehnološke substitucije" k "nadgradnji paradigme"
3D-tiskanje kovin spreminja industrijo kalupov, saj združuje integracijo "storitev izdelave dizajna":
Sodelovanje v ekosistemu programske opreme: Cimatron, Moldex3D in druga orodja omogočajo popolno digitalizacijo procesa "generacije tiskalne poti optimizacije dizajna simulacije hlajenja." B&J Specialty je na primer z modeliranjem Moldex3D ugotovil, da imajo standardni kalupi temperaturno območje 132 stopinj, vendar 3D-natisnjeni konformni kanali ohranjajo temperaturno območje do 18 stopinj.
3D Systems, Platinum Technology in druga podjetja so izdelala posebne prahove, kot je jeklo za martenzitno staranje in jeklo za kalupe 18Ni300. Ti novi materiali imajo 20 % višjo toplotno prevodnost in 3-krat večjo odpornost proti utrujenosti kot tradicionalni materiali.
Nadgradnja storitvenega modela: namesto da bi prodajali "strojno opremo", izdelovalci naprav zdaj prodajajo "izhodne rešitve". Bolite je začel ponujati rešitev, ki združuje "opremo, materiale in podatkovno bazo procesov". Cena lastnega prahu titanove zlitine se je od leta 2020 znižala za 50 %, platforma interneta stvari pa je omogočila opozarjanje na okvare opreme, kar je odstotek prihodkov od storitev dvignilo na 30 %.