Hvordan kan 3D-print af metal hjælpe med at fremstille præcisionsforme?

1. Designfrihed: At komme forbi de geometriske grænser for traditionel fremstilling
Ved at tilføje lag i stedet for at fjerne dem, ændrer 3D-print af metal totalt logikken i "subtraktiv behandling" i traditionel formfremstilling. Denne teknologiske funktion lader formdesignere komme over grænserne for traditionelle metoder på komplicerede strukturer og gøre følgende nye anvendelser mulige:
Design af en vandkanal, der passer til objektets form
Lige huller eller buede vandkanaler er almindelige i traditionelle formkølesystemer. Disse er svære at matche produktets komplicerede former, hvilket fører til ujævn afkøling og vridning af produktet. Metal 3D-print kan med det samme bygge et 3D-flowkanalnetværk, der klæber meget godt til produktets overflade. Dette gør køling mere end 40 % mere effektiv. For eksempel bruger et nyt energikøretøjsfirma 3D-trykte batteripakkeskalsforme-støbeforme og optimerer designet af konforme vandkanaler for at forkorte sprøjtestøbningscyklussen fra 120 sekunder til 75 sekunder, hæve produktudbyttegraden fra 85 % til 99,5 % til 99,5 %, 0 gange, hvilket er mere end 1,0 gange, 0 gange. tre gange længere end traditionelle metoder.
At sætte en letvægtsstruktur på plads
Metal 3D-print kan reducere vægten med 30% til 50%, mens du stadig laver stærke forme ved at bruge biomimetiske designs som gitterstrukturer og hule gitter. En specifik flymotorturbineskiveform bruger en titanlegeringsgitterstruktur, der reducerer vægten med 42 %, mens den bevarer evnen til at modstå høje temperaturer. Dette sænker i høj grad omkostningerne ved transport og forarbejdning af energi.
Integreret støbning af dele med mange funktioner
I traditionelle forme skal dele som varme dyser og isoleringsmesoner sættes sammen i flere trin, hvilket nemt kan føre til fejl. Metal 3D-print kan printe hele strukturen af ​​den varme dyse på én gang, hvilket fjerner huller mellem sektionerne og gør den mere stabil ved høje temperaturer. Et bestemt firma brugte 3D-print til at lave hule hexagonale gitterisoleringsmesoner. Dette reducerede energiforbruget af hot runner-systemet med 25 % og formens termiske deformation med 60 %.
2. Integration af funktioner: Fra enkeltformning til optimering af hele processen
Metal 3D-print ændrer ikke kun designet af formlegemer, men det tilskynder også hele formproduktionsprocessen til at komme med nye ideer gennem funktionel integration:
Støbning med mere end ét materiale
Med laserbeklædningsteknologi kan forskellige materialer som metalkeramik og metalplast kombineres i én form. Et bestemt firma lavede en "metalkeramisk kompositform" ved at 3D-printe et keramisk lag med høj-hårdhed på et metalsubstrat med høj-sejhed. Dette gør formen tre gange mere modstandsdygtig over for slid og forlænger dens levetid til mere end 150.000 gange, hvilket er perfekt til at lave præcise strukturelle komponenter i forbrugerelektronik, der skal laves hurtigt.
Et sofistikeret sensorsystem indbygget
Med 3D-print kan du med det samme sætte temperatur- og tryksensorer i formen, som laver et "digitalt tvilling" overvågningssystem. En bestemt bilkofangerform har indbygget-fiberoptiske gittersensorer, der holder øje med temperaturfeltfordelingen i formhulrummet i realtid. Den bruger også AI-algoritmer til at ændre køleparametrene i farten, hvilket holder produktstørrelsen nøjagtig inden for ± 0,02 mm, og formen holder til mere end 200.000 brug.
Hurtig reparation og genfremstilling: Direct Energy Deposition (DED) teknologi kan fiksere slidte forme på ét sted, hvilket bringer den oprindelige nøjagtighed af dimensionerne tilbage. Et flyselskab anvender laserbeklædningsteknologi til at fikse støbeforme i aluminiumlegeringer.- Reparationslaget klæber til underlaget med en kraft på 450 MPa, og omkostningerne ved reparationen er kun 30 % af omkostningerne ved at lave nye forme. Reparationen vil vare i mere end 90 % af dens oprindelige levetid.
3. Fra "brugelig" til "høj-ydelse" er materialeydelsen forbedret.
Det vigtigste, der påvirker en forms levetid, er, hvor godt materialet fungerer. Metal 3D-print forbedrer kvaliteten af ​​formmaterialer i høj grad ved at bruge følgende teknologier:
Oprettelse af et system af specialiserede materialer
Som svar på behovene for støbedriftsbetingelser er virksomheder i Kina og i hele verden begyndt at fremstille en række specifikke pulvermaterialer:
ESU-H13 formstål: Ved at forbedre fordelingen af ​​carbider er levetiden for-støbeforme gået fra 30.000 gange i standardteknikker til 60.000 gange. Det er blevet brugt til at lave rammerne til Huawei Mate-seriens mobiltelefoner.
CX Ultra High Strength Steel: Det har en trækstyrke på 1700 MPa og bruges til at fremstille støbeforme til Bosch automotive motorcylindre. Disse forme holder i mere end 80.000 cyklusser, hvilket er 40 % længere end typisk S136 stål.
Aluminiumslegering Al250C: Den holder over 5000 timer ved 250 grader og er 50 gange bedre end Scalmalloy aluminiumslegering. Det bruges ofte i strukturelle komponenter til rumfart.
Nye ideer til varmebehandlingsprocessen
Lav en specifik varmebehandlingsmetode, der fungerer med den måde, 3D-print binder lag sammen på:
Graderet bratkøling og kryogen behandling: 1.2709 martensitisk stålform er meget hård med en hårdhed på 52HRC og en slagstyrke CVN på 10J. Dette gør den stærk nok til at håndtere den enorme stress, som fremtidens energikøretøjer har brug for.
Varm isostatisk presning (HIP): Behandling ved 1200 grader /150 MPa fjerner de indvendige porer i 3D-printede forme. Dette gør, at de holder 200 % længere og når 95 % af levetiden for typiske smedeteknikker.
Kombinerer overfladeforstærkende teknologi
Supersonisk shotpeening genererer et 300 μm tykt lag af trykspænding på overfladen af ​​formen. Dette gør, at en specifik smedematrice holder fra 20.000 til 50.000 cyklusser længere.
Kemisk dampaflejring (CVD): Denne proces tilføjer en 0,05 mm tyk diamantbelægning til overfladen af ​​formhulrummet for at gøre den 10 gange mere modstandsdygtig over for slid. Det bruges til at lave forme til halvlederemballage.
4. Anvendelser i erhvervslivet og trends for fremtiden
I bil-, luftfarts- og elektronikindustrien bruges metal 3D-printteknologi meget.
I bilindustrien producerede Broadcom Precision en 3D-printet integreret-støbeform til Tesla, der reducerede antallet af baggulvsstykker fra 171 til 1, gjorde produktionen 40 % mere effektiv og gav formen en levetid på 150.000 gange.
Relativity Space laver 3D-printede dyseforme i kobberlegering i luftfartsindustrien ved hjælp af EOS M400-udstyr. Disse forme bruger grøn laserteknologi til at løse problemet med, at kobbermaterialer er for reflekterende. Levetiden opfylder SpaceX Starship-projektets kriterium om at lave en enhed hver uge.
Xiaomi Technology er gået sammen med Yisu Laser for at fremstille-støbeforme til mobiltelefonrammer af ESU-H13-materiale. Disse forme holder i 120.000 cyklusser og kan understøtte forsendelsen af ​​over 50 millioner enheder af Xiaomi 14-serien om året.
I fremtiden vil 3D-print af metal ændre sig på disse måder:
Integration af flere materialer og processer: Brug af binder jetting (BJ) og powder bed melting (PBF) teknologi sammen for at lave store forme hurtigt og billigt.
AI-drevet intelligent design: Generative designalgoritmer optimerer automatisk formens struktur, hvilket betyder, at mere end 90 % af materialet bruges.
Opbygning af et grønt fremstillingssystem: Brug af genanvendelige pulvermaterialer og et lukket-sløjfeproduktionssystem, som reducerer kulstofemissionerne med 50 % gennem hele fremstillingsprocessen, er i overensstemmelse med behovene i en cirkulær økonomi.