Kan metal 3D-print direkte producere formhulrum?

一, Teknisk gennemførlighed: Flytning fra laboratoriet til produktionslinjen
1. Fuldstændig afdækning af materialesystemet
Metal 3D-print kan nu arbejde med alle de materialer, der typisk bruges til at lave forme. For eksempel kan laserpulverbedsmeltningsteknologi (LPBF) udskrive klassiske formmaterialer, herunder H13 værktøjsstål, P20 formstål og 1.2709 martensitisk stål. Ved at finjustere procesindstillingerne har vigtige mål som hårdhed, sejhed og slidstyrke af trykte dele matchet eller overskredet specifikationerne for smedningsmaterialer. For eksempel brugte en virksomhed LPBF-teknologi til at lave formhuller af H13-stål. Hårdheden gik op til 52HRC efter varmebehandling, og den termiske udmattelseslevetid var 40% længere end ved typisk forarbejdning. Den kan håndtere mere end 500.000 cyklusser af sprøjtestøbning.
Metal 3D-print har vist sig at have særlige fordele inden for specifikke materialer. Fordi folk ønskede materialer, der var både meget ledende og modstandsdygtige over for korrosion, skabte virksomheden en kobber-baseret legeringsprintproces. Denne proces har en varmeledningskoefficient på op til 380W/(m · K), hvilket er 25 % højere end traditionelle berylliumkobberforme. Fordi folk ønskede materialer, der var lette, kan trykteknologi af aluminiumslegering og titanlegering reducere formvægten med 30 % til 50 %, samtidig med at styrken af ​​strukturen bevares.
2. Ubegrænsede fremskridt i strukturel kompleksitet
Traditionel formfremstilling er begrænset af de geometriske grænser for subtraktiv behandling. For at lave komplekse strukturer skal der bruges metoder som spaltning, splejsning og svejsning, hvilket gør formene mindre nøjagtige og forkorter deres levetid. Metal 3D-print kan lave enhver kompliceret form med det samme, især nye som konforme kølekanaler, åndbart stål og punktmatrixfyldning.
For eksempel kan traditionelle boremetoder kun lave lige eller enkle linjeformede-vandkanaler. I modsætning hertil kan 3D-print lave uregelmæssige vandkanaler som spiral, trægren og biomimetiske bladåreformer, hvilket kan forbedre køleeffektiviteten med mere end 40 %. Efter at have brugt topologioptimeret kanaldesign til en form til en dekorativ strimmel til en bildørsramme, gik tiden det tog at lave ét stykke fra 120 sekunder til 75 sekunder, og udbyttegraden gik fra 89 % til 98 %. Virksomheder, der laver åndbart stål, har været i stand til præcist at styre 0,04 mm blænden ved hjælp af porøst lag printteknologi. Dette har tredoblet udstødningseffektiviteten af ​​forme og løst problemer som svejseledninger og bobler, der opstår, når gas bliver fanget.
3. Konstant forbedring af overfladens kvalitet og nøjagtigheden
Tidlig 3D-udskrivning af metal havde svært ved at imødekomme de høje-præcisionsbehov, som formfremstilling har, fordi mellemlagets bindekraft ikke var stærk nok, og overfladen var for ru. Men dette problem er blevet løst takket være tekniske fremskridt. I øjeblikket kan high--metal-3D-printmaskiner fremstille dele med en dimensionspræcision på ± 0,05 mm og en overfladeruhed på Ra mindre end eller lig med 1,6 μm. Når det bruges med polering, sandblæsning og andre trin, kan det gøre overfladen så glat som et spejl.
For eksempel bruger Mantle's TrueShape-teknologi en kombination af "3--akse CNC-bearbejdning+tegning og print+softwaredesign" til at lave formhulrum meget præcist. Denne proces udskriver et H13-stålformhulrum med en overfladeruhed Ra på kun 0,8 μm, hvilket betyder, at den kan bruges til højglanssprøjtestøbning med det samme uden at skulle poleres først. Denne teknologi giver også mulighed for multi-materiale komposittryk, som kan lægge slidbestandige belægninger på formens overflade. Dette kan få formen til at holde mere end tre gange længere end traditionelle metoder.
2, Industriel praksis: Fra at teste ideer til at bruge dem i stor skala
1. Automotive forme: en dobbelt revolution i omkostninger og effektivitet
Metal 3D-printning har bevæget sig ud over idébekræftelsesstadiet til stor-anvendelse inden for bilstøbeforme. Et firma, der fremstiller biler, anvender LPBF-teknologi til at lave forme til motorens cylinderhoveder. Sprøjtestøbningscyklussen er 37,2 % kortere, og prisen på hver genstand er 22 % lavere, når designet af den konforme kølevandskanal er forbedret. Hvad der er endnu mere imponerende er, at denne teknologi kan "en-støbe" forme uden at skulle vente på, at formen åbner sig. Dette reducerer tiden det tager at udvikle nye produkter fra 6 måneder til 2 måneder og fremskynder reaktionstiden på markedet meget.
Metal 3D-print fungerer også godt til fremstilling af letvægtsforme. Et bestemt nyt energikøretøjsfirma fremstiller batteribakkeforme ved hjælp af trykteknologi af aluminiumslegering. Formens vægt skæres med 45%, og energien, der bruges til sprøjtestøbning, skæres med 18%, alt imens formens styrke bevares. Formen har gennemgået 200.000 sprøjtestøbningscyklusser, og den fungerer godt og er pålidelig.
2. Medicinske forme: den bedste måde at lave tingene præcis, som du vil have dem
Den medicinske profession har brug for forme, der er meget specifikke og individualiserede, og metal 3D-print er den bedste måde at gøre det på. En virksomhed, der laver forme til ortopædiske implantater, bruger cobalt-chromlegeringsteknologi til at lave forme, der er "patientspecifikke." En digital model af skimmelsvampen laves med det samme ved at få knogledata fra patienten gennem en CT-scanning. Formen kan være nøjagtig ned til 0,02 mm efter 3D-printning, hvilket betyder, at den passer nøjagtigt til patientens krop. Denne teknik er blevet brugt i mere end 5000 procedurer, og den har reduceret den tid, det tager for patienter at komme sig efter operationen med 30 % og antallet af komplikationer til mindre end 1 %.
Metal 3D-print har også klare fordele inden for forme til medicinsk udstyr. Et bestemt firma fremstiller hjertestentforme ved hjælp af titanlegeringsteknologi. Risikoen for trombose sænkes kraftigt ved at gøre formhulens overflade så glat som muligt, hvilket sænker stentens overfladeruhed Ra til Mindre end eller lig med 0,2 μm. Denne form er blevet certificeret af FDA og er den første 3D-printede hjertestentform i verden.
3. Luftfartsforme: den bedste brug af-højtydende materialer
Flyindustrien har brug for forme, der kan klare høje temperaturer, er meget stærke og er meget lette. Metal 3D-print er en ny måde at gøre dette på. En bestemt virksomhed fremstiller støbeforme til flymotorblade ved hjælp af nikkel-baseret legeringsprintteknologi. Formens vægt skæres med 35% ved at optimere gitterfyldningsstrukturen, og den forbliver stabil ved en høj temperatur på 1200 grader. Formen har gennemgået 2000 termiske cyklusser, og dens ydeevne er langt bedre end typiske støbeforme.
Metal 3D-print fungerer også meget godt til fremstilling af forme til satellitdele. Et firma fremstiller satellitbeslagsforme ved hjælp af trykteknologi af aluminiumslegering. Ved at bruge topologioptimeringsdesign skæres formenes vægt med 60%, mens de stadig er i stand til at holde deres vægt, hvilket sænker omkostningerne ved at affyre raketter. Denne form er blevet brugt til at lave mere end 10 satellitter, og den fungerer godt og konsekvent.