Hvordan kan metal 3D-print opnå høj-præcisionsstøbning af forme?

一, Teknisk princip: fra mikrosmeltebassin til makronøjagtighed, præcis kontrol
Hovedideen bag 3D-print af metal er at smelte metalpulver lag for lag ved hjælp af varmekilder med høj-energi. Dette gør det muligt at gå direkte fra digitale modeller til rigtige dele. For eksempel har procesflowet for laserselektiv smeltning (SLM) teknologi fire hovedtrin:
Pulverspredning: En tovejs skrabemekanisme spreder metalpulveret ligeligt over arbejdsbordet. Tykkelsen af ​​belægningen kan reguleres meget præcist, mellem 5 og 50 μm, hvilket giver grundlag for mikrometer-niveaunøjagtighed.
Laserscanning: En f-theta-linse fokuserer den høje-energistråle fra en 200W fiberlaser for at skabe en plet, der er mindre end 100 μm i diameter. Pulveret smeltes langs en foruddefineret bane med en hastighed på 3000 mm/s, og bredden af ​​den smeltede pool er omkring to til tre gange diameteren af ​​stedet.
Lag for lag stabling: Efter hvert lag er smeltet, falder arbejdsbordet i højden af ​​ét lag, og pulverlægningsprocessen gentages, indtil tre-dimensionel fast dannelse opnås ved lag for lag stabling.
Styr atmosfæren: Hold støbekammeret fyldt med en inert gas, der har mindre end 0,1 % oxygen. Dette vil forhindre metal i at oxidere og holde materialets ydeevne stabil.
Denne metode til at smelte lag for lag gør det muligt at skabe indviklede former inde i formen, som er svære at arbejde med ved hjælp af traditionelle metoder. For eksempel kan Platinum BLT-S400-udstyret kontrollere den mindste funktionsstørrelse til inden for 100 μm og den oprindelige overfladeruhed Ra til inden for 8 μm for en støbestørrelse på 400 × 300 × 400 mm ³ gennem multi-laser-samarbejdsscanning. Dette giver hardwareunderstøttelse til fremstilling af forme med meget høj nøjagtighed.
2, Fire vigtigste måder at forbedre nøjagtigheden ved hjælp af teknologi
1. En fleksibel kølekanal, der går fra jævnt at sprede varme til nøjagtig temperaturstyring
Det typiske formkølesystem bruger lige huller eller boreteknologier, og arrangementet af kølevandskredsløbet er begrænset. Dette kan nemt få formen til at have ujævn temperaturfordeling, hvilket kan føre til problemer såsom produktdeformation og krympning. Metal 3D-printteknologi er brudt forbi denne barriere. Med topologioptimeringsdesign kan der laves en konform kølekanal, der passer perfekt til formhulrummets form, inde i formen.
Platinum Technology bruger BLT-18Ni300 formstål og 3D-print for at gøre kølevandskanalen 2-3 mm i diameter og vandkanalens afstand 5-8 mm. Dette lader kølevæsken direkte påvirke områder med høj temperatur. Eksperimentelle data indikerer, at det forbedrede kølesystem kan reducere støbeformens overfladetemperaturforskel fra 15-20 grader i konventionelle procedurer til under 5 grader, reducere sprøjtestøbningscyklussen med 15 % -30 % og øge produktudbyttet med over 10 %.
2. Letvægtsstruktur: fra at fjerne materiale til at gøre strukturen bedre
Når man laver forme på den gamle-måde, fjernes overflødige materialer ved mekanisk bearbejdning. Dette koster ressourcer og gør det svært at skabe indviklede interne strukturer. Ved hjælp af topologioptimeringsmetoder kan metal 3D-printning nøjagtigt fjerne elementer, der ikke er nødvendige, samtidig med at formen holdes stærk, hvilket fører til et letvægtsdesign.
For eksempel, efter at have brugt 3D-printteknologi til at lave en form til en bildele, blev vægten reduceret med 35%, og omkostningerne til materialerne blev reduceret med 28%. Samtidig gør et letvægtsdesign formen mindre tung, reducerer tiden det tager at skifte formen med 40% og øger produktionseffektiviteten markant. Ved at fylde de ikke-belastningsbærende-sektioner med gitterstrukturer kan vægten reduceres yderligere uden at miste stivhed. Dette er en ny måde at gøre forme lettere på.
3. Kompleks funktionsintegration: Fra én struktur til mange funktioner
Metal 3D-print har lagdelte produktionsfunktioner, der gør det muligt at kombinere flere funktionelle strukturer i forme. For eksempel i sprøjtestøbeforme kan ejektormekanismen, skyderen, kølevandskredsløbet og andre dele kombineres til én del for at gøre monteringen nemmere og mindre tilbøjelig til at gå galt. I et medicinsk formscenarie lavede 3D-printning den form, der plejede at bruge 12 dele til at blive sat sammen til kun 2 dele. Dette reducerede tiden det tog at sætte formen sammen fra 8 timer til 1,5 timer og holdt den dimensionelle tolerance inden for ± 0,02 mm.
4. Innovation i materialer: Fra universelle legeringer til brugerdefinerede materialer
Metal 3D-print kan arbejde med en lang række materialer, herunder rustfrit stål, aluminiumlegeringer, titanlegeringer og nikkel-baserede legeringer. Det kan også ændre materialers egenskaber ved at ændre sammensætningen af ​​pulveret. For eksempel i luft- og rumfartsindustrien kan forme lavet med Inconel 718, en nikkel-baseret legering, forblive stærke og modstå korrosion selv ved temperaturer så høje som 650 grader, hvilket er det, der er nødvendigt til meget hårde arbejdsforhold. Inden for det medicinske område kan håndtering af porøsiteten (30-70 % foranderlig) og porestørrelsen (200-600 μm) af titanlegeringer hjælpe implantater og menneskelige knogler til at arbejde bedre sammen, hvilket kan gøre operationen mere vellykket.
3, Teknologi til efter-behandling: fra grov støbning til perfekt nøjagtighed
Selvom den oprindelige formningspræcision af metal 3D-print er på mikrometerniveau, skal der stadig tilføjes-efterbehandlingsteknologi for at opfylde strenge standarder for formoverfladekvalitet, dimensionsnøjagtighed og andre ting.
Varmebehandling er en procedure, der fjerner resterende stress og forbedrer materialers mikrostruktur. Nogle eksempler er opløsningsudglødning og aldersbehandling. For eksempel kan hårdheden af ​​H13 værktøjsstål gå fra 38HRC til 52HRC efter opløsningsbehandling ved 1050 grader og ældningsbehandling ved 620 grader. Dens slidstyrke bliver også meget bedre.
Overfladebehandling: For at gøre overfladen bedre anvendes sandblæsning, polering, galvanisering og andre metoder. Gennem mekanisk polering blev overfladeruheden af ​​en bestemt præcisionsformkasse reduceret fra Ra8 μm til Ra0,4 μm. Dette opfyldte sprøjtestøbningsstandarderne for produkter af optisk kvalitet.
Præcisionsbearbejdning: CNC-fræsning eller EDM-bearbejdning af vigtige emner med strenge størrelsestolerancer. For eksempel fremstilles en bestemt forbindelsesform ved hjælp af både 3D-print og CNC-kompositfremstilling, og parringsafstanden holdes inden for 0,005 mm, hvilket er det højeste niveau i verden.