Kan store-forme fremstilles ved 3D-print af metal?

1. Et stort skridt fremad inden for-metal 3D-print i stor skala: fra laboratoriet til fabrikken
Hovedideen bag metal 3D-print er at stable metalmaterialer oven på hinanden og bruge høje-energistråler som lasere eller elektronstråler til direkte at lave komplicerede strukturer. Når det kommer til at lave store forme, er der sket store fremskridt på tre områder:
Udvidelse af udstyrsformat
LiM-X1500H radiumlaserudstyret kan støbe stykker, der er 1290 mm × 1180 mm × 506 mm i størrelse. Den kan udskrive både runde og firkantede sektioner af luftfartsmotorer på samme tid. Der er mange hule strukturer og forstærkningsribber i denne del. Traditionelle procedurer kræver blokforarbejdning og splejsning, mens SLM-teknologi skærer fremstillingscyklussen med mere end 50 % og bruger mere end 90 % af materialet gennem integreret støbning. Endnu vigtigere er det, at dets LiM-X800H+-udstyr, der udkom i 2024, har en netformningshøjde på 2,5 meter og var i stand til at lave titanlegeringsspiralstrukturkomponenter, der er 418 mm × 362 mm × 2210 mm i størrelse. Dette beviser, at udstyret er stabilt nok til at lave store og lette komponenter.
Samarbejde mellem mange lasere og procesforbedring
Kontrol af termisk stress er et problem ved udskrivning i stor skala.- Når der udskrives over 6-meter titaniumlegering flyrammer, anvender Leiming laser multi-lasersamarbejdsteknologi for at få laserspot-overlapningsraten til 30 %. Når det bruges med en dynamisk pulverfordelingstilgang, sænker dette restspændingen med 40 %, hvilket sikrer, at dimensionerne på de ultrastore dele (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) er korrekte. Topologioptimeringsdesignet af varmeveksleren i aluminiumslegering (569 mm × 527 mm × 512 mm) viser også, hvordan SLM-teknologien kan bruges til at kombinere flowkanalen og hovedstrukturen. Dette viser, hvor fleksibel metoden er for komplekse kølesystemer.
Innovation inden for hybridproduktion og efter-efterbehandling
Laiming Laser har udviklet en grøn laseradditiv-fremstillingsløsning til høje anti-metalmaterialer som rent kobber. Dette system har med succes printet rene kobbertrykkamre og varmeafledningsfinstrukturer. Denne metode går ud over absorptionsgrænsen for almindelige røde lasere på materialer, der reagerer hurtigt, hvilket gør udskrivningen af ​​rent kobber tre gange mere effektiv. Overfladeruheden er Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Industriel brug af massiv fremstilling af forme: fra at teste ideer til at lave dem i store mængder
Metal 3D-print er blevet brugt i adskillige avancerede-virksomheder til fremstilling af store forme, og dets værdi er blevet bevist gennem eksempler fra den virkelige-verden:
Letvægts og funktionel integration i rumfart
Behovet for lette drone-rammer i lav-højdeøkonomien har ført til brugen af-3D-print i stor skala. Luming Laser brugte LiM-X260A til at printe en titaniumlegering droneramme, der er 153 mm × 153 mm × 25 mm og vejer under 0,3 kg. Topologioptimering skærer ned på antallet af dele og antallet af trin i produktionsprocessen fra 12 til 3. Udskrivningscyklussen skæres også ned til 5 timer. Dette scenarie viser, at metal 3D-print kan finde en balance mellem vægt og strukturel styrke, hvilket er meget vigtigt for at få flyudstyr til at fungere bedre.
Energiudstyr: sammensætning af komplicerede kølesystemer i ét stykke
Designet af kølekanalen i store varmevekslerforme har en direkte indflydelse på effektiviteten af ​​atomkraftudstyr. Traditionelle metoder kræver hundredvis af kølehuller boret ind i formen. Metal 3D-printning skaber på den anden side en konform kølevandskanal, der reducerer afstanden til kølevæskestrømmen med 60 % og øger varmeoverførselseffektiviteten med 25 %. For eksempel blev SLM-teknologi brugt til at udskrive en form til en atomkraft-dampgenerator, der havde en kølevandskanal, der kun var 2 mm bred. Denne form var 1,2 meter høj og havde ensartet temperaturkontrol, hvilket løste problemet med materialetræthed, der opstår, når dele bliver for varme i traditionelle processer.
Bilfremstilling: Hurtigt at foretage ændringer i store forme
De fleste bilpanelforme er større end 3 meter, og traditionelle støbemetoder kræver en prøveproduktionscyklus på 6 til 8 uger. Og 3D-print af metal reducerer den tid, det tager at lave en formkerne, ned til to uger ved at fremstille den direkte. Et bestemt mærke af nye energikøretøjer brugte DED-teknologi til at reparere store-støbeforme. Det slidbestandige lag på formoverfladen blev fikseret på 48 timer ved at tilføre og smelte pulver på samme tid. Reparationslaget var HRC52 hårdt, hvilket er 20 % hårdere end den typiske svejsemetode. Det betyder, at formen ikke ændrer form på grund af den varmepåvirkede zone.
3. Teknologiske udfordringer og fremtidige tendenser: Fra gennembrud på et enkelt punkt til omstrukturering af miljøet
Selvom stor-metal 3D-printning har et stort potentiale, har det stadig tre store problemer, der skal løses, før det kan bruges bredt:
Kontrol af omkostninger og ydeevne af materialer
Formfremstilling kræver materialer, der er blevet bratkølet og hærdet, men 3D-print kan hurtigt afkøle materialerne, hvilket kan gøre dem mere sprøde. Løsningen er at lave-lavstress martensitisk ældning stål til pulver og varme-for at gøre det sværere at 52HRC. Ved hjælp af gradientmateriale printteknik lægges en hård belægning på formens overflade, mens en sej matrix holdes i kerneområdet. Dette afbalancerer slidstyrke og slagfasthed.
Test for stabilitet og kvalitet i processen
Ved udskrivning i stor skala kan lokal overophedning eller pulverforurening få fejlraten til at stige. Industrien presser på for in-situ-overvågningsteknologier, såsom LiM-X800H+-udstyret, der kombinerer infrarøde termiske kameraer og smeltebassinovervågningssystemer med en radiumlaser. Denne teknologi kan ændre laserens styrke i realtid og reducere antallet af defekter fra 3 % til 0,5 %. Samtidig kan AI-baserede defektforudsigelsesmodeller finde risikofaktorer på forhånd ved at se på tidligere udskriftsdata, hvilket hjælper med at holde kvaliteten endnu mere stabil.
Samarbejde og standardisering i industrikæden
At lave enorme forme kræver at kombinere flere trin, såsom 3D-print, CNC-bearbejdning og varmebehandling. GF Processing Solutions har lanceret en "hybrid dele" fremstillingsløsning, der bruger automatiserede arbejdsstationer til problemfrit at kombinere subtraktive og additive processer. Dette reducerer tiden det tager at lave forme med 40%. Introduktionen af ​​ISO/ASTM 52921-standarden sætter også standarder for vigtige faktorer som dimensionelle tolerancer og overfladeruhed for stor-metal 3D-udskrivning. Dette gør det muligt for industrien at bruge denne teknologi i bred skala.