Kako metalni 3D ispis može pomoći u proizvodnji preciznih kalupa?

1. Sloboda dizajna: Prevladavanje geometrijskih ograničenja tradicionalne proizvodnje
Dodavanjem slojeva umjesto oduzimanjem, metalni 3D ispis potpuno mijenja logiku "suptraktivne obrade" u tradicionalnoj izradi kalupa. Ova tehnološka značajka omogućuje dizajnerima kalupa da prijeđu granice tradicionalnih metoda na kompliciranim strukturama i omoguće sljedeće nove upotrebe:
Dizajn vodenog kanala koji odgovara obliku objekta
Ravne rupe ili zakrivljeni vodeni kanali uobičajeni su u tradicionalnim sustavima hlađenja kalupa. Teško ih je uskladiti s kompliciranim oblicima proizvoda, što dovodi do neravnomjernog hlađenja i savijanja proizvoda. Metalni 3D ispis može odmah izgraditi 3D mrežu kanala protoka koji vrlo dobro prianja na površinu proizvoda. To čini hlađenje više od 40% učinkovitijim. Na primjer, nova tvrtka za energetska vozila koristi 3D-ispisane kalupe za-lijevanje školjke baterije i optimizira dizajn konformnih vodenih kanala kako bi skratila ciklus injekcijskog prešanja sa 120 sekundi na 75 sekundi, povećala stopu iskorištenja proizvoda sa 85% na 99,5% i produžila vijek trajanja kalupa na više od 100 000 puta, što je tri puta duže od tradicionalnih metoda.
Postavljanje lagane strukture
Metalni 3D ispis može smanjiti težinu za 30% do 50% dok još uvijek stvara čvrste kalupe korištenjem biomimetičkih dizajna poput rešetkastih struktura i šupljih rešetki. Specifični kalup za turbinu motora zrakoplova koristi rešetkastu strukturu od legure titana koja smanjuje težinu za 42% zadržavajući sposobnost podnošenja visokih temperatura. To uvelike smanjuje troškove transporta i obrade energije.
Integrirano oblikovanje dijelova s ​​mnogo funkcija
U tradicionalnim kalupima, dijelovi poput vrućih mlaznica i izolacijskih mezona moraju se sastaviti u nekoliko koraka, što lako može dovesti do pogrešaka. Metalni 3D ispis može ispisati cijelu strukturu vruće mlaznice u jednom potezu, čime se uklanjaju praznine između sekcija i čini je stabilnijom na visokim temperaturama. Određena tvrtka koristila je 3D printanje za izradu šupljih heksagonalnih rešetkastih izolacijskih mezona. Ovo je smanjilo potrošnju energije sustava vrućeg toka za 25%, a toplinsku deformaciju kalupa za 60%.
2. Integracija funkcija: Od jednog oblikovanja do optimizacije cijelog procesa
Metalni 3D ispis ne samo da mijenja dizajn tijela kalupa, već također potiče cijeli proces proizvodnje kalupa da dođe do novih ideja kroz funkcionalnu integraciju:
Kalupljenje s više od jednog materijala
Uz tehnologiju laserskog oblaganja, različiti materijali poput metalne keramike i metalne plastike mogu se kombinirati u jednom kalupu. Određena tvrtka napravila je "kompozitni kalup za metalnu keramiku" 3D ispisom keramičkog sloja visoke-tvrdoće na metalnu podlogu visoke{3}}žilavosti. To čini kalup tri puta otpornijim na habanje i produljuje mu radni vijek više od 150.000 puta, što je savršeno za izradu preciznih strukturnih komponenti u potrošačkoj elektronici koje je potrebno izraditi brzo.
Ugrađen je sofisticirani sustav senzora
S 3D ispisom možete odmah staviti senzore temperature i tlaka u kalup, što čini "digitalni blizanac" nadzorni sustav. Određeni kalup za branik automobila ima-ugrađene optičke rešetkaste senzore koji u stvarnom vremenu prate raspodjelu polja temperature u šupljini kalupa. Također koristi AI algoritme za promjenu parametara hlađenja u hodu, čime se veličina proizvoda održava točnom unutar ± 0,02 mm, a kalup traje više od 200 000 upotreba.
Brzi popravak i ponovna proizvodnja: Tehnologija izravnog taloženja energije (DED) može popraviti istrošene kalupe na jednom mjestu, vraćajući izvornu točnost dimenzija. Jedna zrakoplovna tvrtka koristi tehnologiju laserskog oblaganja za fiksiranje kalupa-za lijevanje pod pritiskom od aluminijske legure. Reparaturni sloj se lijepi za podlogu silom od 450MPa, a cijena popravka je samo 30% cijene izrade novih kalupa. Popravak će trajati više od 90% njegovog izvornog životnog vijeka.
3. Od "upotrebljivog" do "visokih-učinkovitosti," učinak materijala se poboljšao.
Glavna stvar koja utječe na vijek trajanja kalupa je koliko dobro materijal funkcionira. Metalni 3D ispis u velikoj mjeri poboljšava kvalitetu materijala kalupa korištenjem sljedećih tehnologija:
Stvaranje sustava specijaliziranih materijala
Kao odgovor na potrebe uvjeta rada kalupa, tvrtke u Kini i diljem svijeta počele su proizvoditi brojne specifične praškaste materijale:
ESU-H13 čelik za kalupe: Poboljšanjem raspodjele karbida, dugovječnost kalupa za-lijevanje pod pritiskom povećala se s 30.000 puta u standardnim tehnikama na 60.000 puta. Korišten je za izradu okvira za Huawei Mate seriju mobitela.
CX čelik ultra visoke čvrstoće: ima vlačnu čvrstoću od 1700MPa i koristi se za izradu kalupa za kućišta cilindara Bosch automobilskih motora. Ovi kalupi traju više od 80 000 ciklusa, što je 40% dulje od tipičnog čelika S136.
Aluminijska legura Al250C: Traje preko 5000 sati na 250 stupnjeva i 50 je puta bolja od Scalmalloy aluminijske legure. Često se koristi u konstrukcijskim komponentama zrakoplovstva.
Nove ideje za proces toplinske obrade
Napravite specifičnu metodu toplinske obrade koja funkcionira s načinom na koji 3D ispis povezuje slojeve zajedno:
Postupno kaljenje i kriogena obrada: Kalup od martenzitnog čelika 1.2709 vrlo je tvrd, s tvrdoćom od 52HRC i udarnom žilavošću CVN od 10J. To ga čini dovoljno jakim da podnese ogroman stres koji trebaju buduća energetska vozila.
Vruće izostatičko prešanje (HIP): Obrada na 1200 stupnjeva /150 MPa uklanja unutarnje pore u 3D tiskanim kalupima. Zbog toga traju 200% dulje i dosežu 95% životnog vijeka tipičnih tehnika kovanja.
Kombinacija tehnologije ojačavanja površine
Nadzvučno sačmarenje stvara sloj tlačnog naprezanja debljine 300 μm na površini kalupa. Zbog toga određeni kalup za kovanje traje od 20.000 do 50.000 ciklusa dulje.
Kemijsko taloženje parom (CVD): Ovaj postupak dodaje dijamantni premaz debljine 0,05 mm na površinu šupljine kalupa kako bi ga učinio 10 puta otpornijim na habanje. Koristi se za izradu kalupa za pakiranje poluvodiča.
4. Korištenje u poslovanju i trendovi za budućnost
U automobilskoj, zrakoplovnoj i elektroničkoj industriji mnogo se koristi tehnologija 3D ispisa metala.
U automobilskoj industriji, Broadcom Precision proizveo je 3D tiskani integrirani-kalup za lijevanje pod pritiskom za Teslu koji je smanjio broj dijelova stražnjeg poda sa 171 na 1, učinio proizvodnju 40% učinkovitijom i dao kalupu životni vijek od 150.000 puta.
Relativity Space izrađuje 3D tiskane kalupe za mlaznice od legure bakra u zrakoplovnoj industriji koristeći opremu EOS M400. Ovi kalupi koriste tehnologiju zelenog lasera za rješavanje problema previše reflektirajućih bakrenih materijala. Životni vijek zadovoljava kriterije projekta SpaceX Starship o izradi jedne jedinice svaki tjedan.
Xiaomi Technology se udružio s tvrtkom Yisu Laser kako bi izradio-kalupe za lijevanje pod pritiskom za okvire mobilnih telefona od ESU-H13 materijala. Ovi kalupi traju 120 000 ciklusa i mogu podržati isporuku preko 50 milijuna jedinica serije Xiaomi 14 godišnje.
U budućnosti će se metalni 3D ispis promijeniti na ove načine:
Integracija više materijala i procesa: Korištenje tehnologije mlaza veziva (BJ) i tehnologije taljenja sloja praha (PBF) zajedno za brzu i jeftinu izradu velikih kalupa.
Inteligentni- dizajn vođen umjetnom inteligencijom: algoritmi generativnog dizajna automatski optimiziraju strukturu kalupa, što znači da se koristi više od 90% materijala.
Izgradnja zelenog proizvodnog sustava: korištenje praškastih materijala koji se mogu reciklirati i proizvodnog sustava-zatvorene petlje, koji smanjuje emisije ugljika za 50% u cijelom proizvodnom procesu, u skladu je s potrebama kružnog gospodarstva.