Može li metalni 3D ispis izravno proizvesti šupljine kalupa?

一, Tehnička izvedivost: Prelazak iz laboratorija u proizvodnu liniju
1. Potpuni obuhvat materijalnog sustava
Metalni 3D ispis sada može raditi sa svim materijalima koji se obično koriste za izradu kalupa. Na primjer, tehnologija laserskog taljenja sloja praha (LPBF) može tiskati klasične materijale kalupa uključujući H13 alatni čelik, P20 čelik za kalupe i 1.2709 martenzitni čelik. Finim-podešavanjem postavki procesa, važne mjere poput tvrdoće, žilavosti i otpornosti na habanje tiskanih dijelova su se poklopile ili premašile specifikacije za materijale za kovanje. Na primjer, jedna je tvrtka koristila LPBF tehnologiju za izradu otvora za kalupe od čelika H13. Tvrdoća je porasla do 52HRC nakon toplinske obrade, a vijek trajanja toplinskog zamora bio je 40% duži nego kod tipične obrade. Može podnijeti više od 500.000 ciklusa injekcijskog prešanja.
Metalni 3D ispis pokazao je posebne prednosti u području specifičnih materijala. Budući da su ljudi željeli materijale koji su visoko vodljivi i otporni na koroziju, tvrtka je stvorila proces ispisa-bakrene legure. Ovaj proces ima koeficijent toplinske vodljivosti do 380 W/(m · K), što je 25% više od tradicionalnih berilij bakrenih kalupa. Budući da su ljudi željeli materijale koji su lagani, tehnologija ispisa legura aluminija i titana može smanjiti težinu kalupa za 30% do 50% uz zadržavanje čvrstoće strukture.
2. Neograničeni napredak u strukturnoj složenosti
Tradicionalna izrada kalupa ograničena je geometrijskim granicama subtraktivne obrade. Za izradu složenih konstrukcija moraju se koristiti metode poput cijepanja, spajanja i zavarivanja, što čini kalupe manje točnima i skraćuje njihov životni vijek. Metalni 3D ispis može odmah izraditi bilo koji komplicirani oblik, posebno nove poput konformnih rashladnih kanala, prozračnog čelika i matričnog punjenja.
Na primjer, tradicionalne metode bušenja mogu napraviti samo ravne ili jednostavne vodene kanale-u obliku linije. Nasuprot tome, 3D ispis može napraviti nepravilne vodene kanale poput spirale, oblika grana drveta i biomimetičkih lisnih vena, što može poboljšati učinkovitost hlađenja za više od 40%. Nakon korištenja topološki optimiziranog dizajna kanala za kalup za ukrasnu traku za okvir vrata automobila, vrijeme potrebno za izradu jednog komada pošlo je sa 120 sekundi na 75 sekundi, a stopa iskorištenja porasla je s 89% na 98%. Tvrtke koje proizvode prozračni čelik uspjele su precizno upravljati otvorom od 0,04 mm koristeći tehnologiju ispisa poroznog sloja. Ovo je utrostručilo učinkovitost ispušnih plinova kalupa i riješilo probleme kao što su linije zavarivanja i mjehurići koji nastaju kada se plin zarobi.
3. Stalno poboljšavanje kvalitete površine i točnosti
Rani 3D ispis metala teško je zadovoljio potrebe visoke-preciznosti izrade kalupa jer međuslojna veza nije bila dovoljno jaka, a površina je bila prehrapava. Ali ovaj problem je riješen zahvaljujući tehničkom napretku. Trenutačno vrhunski-strojevi za 3D ispis metala mogu izraditi dijelove s dimenzijskom preciznošću od ± 0,05 mm i površinskom hrapavošću Ra manjom ili jednakom 1,6 μm. Kada se koristi s poliranjem, pjeskarenjem i drugim koracima, može učiniti površinu glatkom poput ogledala.
Na primjer, Mantleova tehnologija TrueShape koristi kombinaciju "3-CNC obrade+crtanja i ispisa+softverskog dizajna" za vrlo preciznu izradu šupljina kalupa. Ovim postupkom ispisuje se šupljina kalupa od čelika H13 s površinskom hrapavošću Ra od samo 0,8 μm, što znači da se može odmah koristiti za visokosjajno injekcijsko prešanje bez potrebe da se prethodno polira. Ova tehnologija također omogućuje više-kompozitni tisak, koji može staviti premaze otporne na habanje na površinu kalupa. To može učiniti da kalup traje više od tri puta dulje od tradicionalnih metoda.
2, Industrijska praksa: od testiranja ideja do njihove upotrebe u velikim razmjerima
1. Automobilski kalupi: dvostruka revolucija u cijeni i učinkovitosti
Metalni 3D ispis prešao je korak dalje od faze provjere ideje do -upotrebe velikih razmjera u području automobilskih kalupa. Jedna tvrtka koja proizvodi automobile koristi LPBF tehnologiju za izradu kalupa za glave cilindra motora. Ciklus injekcijskog prešanja je 37,2% kraći, a trošak svake stavke je 22% niži kada se dizajn konformnog kanala rashladne vode poboljša. Ono što je još impresivnije jest da ova tehnologija može "jednokratno-oblikovati" kalupe bez čekanja da se kalup otvori. To skraćuje vrijeme potrebno za razvoj novih proizvoda sa 6 mjeseci na 2 mjeseca i znatno ubrzava vrijeme reakcije na tržištu.
Metalni 3D ispis također je odličan za izradu laganih kalupa. Određena nova tvrtka za energetska vozila izrađuje kalupe za ladice za baterije koristeći tehnologiju ispisa od aluminijske legure. Težina kalupa smanjena je za 45%, a energija koja se koristi za injekcijsko prešanje smanjena je za 18%, a sve to uz zadržavanje čvrstoće kalupa. Kalup je prošao kroz 200 000 ciklusa injekcijskog prešanja i radi dobro i pouzdan je.
2. Medicinski kalupi: najbolji način da stvari napravite točno onakvima kakve želite
Medicinska struka treba kalupe koji su vrlo specifični i individualizirani, a metalni 3D ispis je najbolji način za to. Tvrtka koja proizvodi kalupe za ortopedske implantate koristi tehnologiju ispisa legure kobalta i kroma za izradu kalupa koji su "specifični za pacijenta". Digitalni model kalupa izrađuje se odmah dobivanjem podataka o kostima pacijenta putem CT skeniranja. Kalup može biti točan do 0,02 mm nakon 3D ispisa, što znači da točno pristaje tijelu pacijenta. Ova tehnika korištena je u više od 5000 zahvata, a skratila je vrijeme oporavka pacijenata nakon operacije za 30%, a broj komplikacija na manje od 1%.
Metalni 3D ispis također ima značajne prednosti u području kalupa za medicinske uređaje. Određena tvrtka proizvodi kalupe za stentove srca koristeći tehnologiju tiskanja legure titana. Rizik od tromboze uvelike je smanjen ako se površina šupljine kalupa učini što je moguće glatkijom, što snižava hrapavost površine stenta Ra na Manje od ili jednako 0,2 μm. Ovaj kalup je certificirala FDA i prvi je 3D-isprintani kalup za srčani stent na svijetu.
3. Zrakoplovni kalupi: najbolja upotreba materijala visokih-učinkovitosti
Industrija zrakoplova treba kalupe koji mogu podnijeti visoke temperature, vrlo su čvrsti i vrlo lagani. Metalni 3D ispis je novi način za to. Određena tvrtka proizvodi kalupe za lopatice motora zrakoplova koristeći tehnologiju tiskanja legura na bazi nikla-. Težina kalupa smanjena je za 35% optimizacijom rešetkaste strukture punjenja i ostaje stabilan na visokoj temperaturi od 1200 stupnjeva. Kalup je prošao kroz 2000 termičkih ciklusa testiranja, a njegova izvedba daleko je bolja od tipičnih kalupa za lijevanje.
Metalni 3D ispis također vrlo dobro funkcionira za izradu kalupa za satelitske dijelove. Jedna tvrtka proizvodi kalupe za satelitske nosače koristeći tehnologiju tiskanja aluminijske legure. Korištenjem dizajna optimizacije topologije, težina kalupa je smanjena za 60% dok još uvijek mogu zadržati svoju težinu, što smanjuje troškove lansiranja raketa. Ovaj je kalup korišten za izradu više od 10 satelita i radi dobro i dosljedno.