Hvordan kan 3D-print af metal hjælpe med at forkorte formproduktionscyklussen?

一, Process Refactoring: Flytning fra "Serial Processing" til "Parallel Manufacturing"
Traditionel fremstilling af støbeforme anvender "seriel behandling"-paradigmet, hvor hver operation udføres i rækkefølge, og enhver forsinkelse i enhver forbindelse ville resultere i en samlet længere cyklus. For eksempel tager standardfremstillingsprocessen for en bestemt bildelsproducent 120 timer kun for elektrodebearbejdnings- og afladningsbearbejdningsfaserne. Det betyder, at der er større chance for at lave fejl, fordi der er så mange spænde- og positioneringstrin. Med "parallel fremstilling"-tilstanden integrerer metal 3D-printteknologi de tre hovedtrin design, print og efterbehandling uden nogen tidsforskelle, hvilket er en stor ændring i forhold til gamle metoder:
Integration af design og print: Efter at have afsluttet formdesignet i 3D-modelleringssoftware, kan designere bygge skivedata med det samme og sende dem til 3D-printere uden at skulle lave elektroder, skrive CNC-instruktioner eller undersøge processen. Klimaanlæggets skalform produceret af Zhongrui Technology til et bestemt husholdningsapparatfirma tager kun 72 timer fra design til udskrivning, hvilket er 60 % kortere end standardteknikker.
Parallel bearbejdning af flere opgaver: Udstyret kan lave flere formkomponenter på én gang under udskrivning, så der er ikke behov for, at folk involveres. For eksempel anvender en bestemt støbeformfabrikant en dobbelt lasermetal-3D-printer til at bygge 16 konkave formhulrum på samme tid på 48 timer. Dette er 8 gange hurtigere end typisk enkelt stykke behandling.
Nemmere efter-bearbejdningsproces: For at komme til prøveformstadiet skal den trykte form kun gennemgå nogle grundlæggende trin, såsom at skære trådene af, fjerne støtten og opvarme formen. Ifølge et casestudie af en elektronisk konnektorform tager 3D-printede forme 70 % mindre tid at færdiggøre end traditionelle forme, og der er ingen grund til at udføre det samme arbejde igen og igen.
2, Innovation i processen: Den lette konstruktion og periodiske kompressionsvirkning af konform køling
Kølesystemet til formen er en stor del af produktionscyklussen. På grund af deres begrænsede arkitektur har traditionelle vandkanaler med lige huller en tendens til at have inkonsekvente formtemperaturer og har brug for længere køletider for at forhindre produkter i at ændre form. Metal 3D-printteknologi forbedrer både køleeffektivitet og produktionscyklus ved at bruge to nye processer:
Design af konform kølevandskanal: Designere kan bruge "fri støbning"-aspektet ved 3D-print til at lave spiral-, mesh- eller biomimetiske flowkanalformer, der matcher formhulrummet meget tæt. Efter at have brugt en konform vandvej til en bestemt køretøjs kofangerform, er sprøjtestøbningscyklussen blevet skåret ned fra 45 sekunder til 30 sekunder, og den årlige produktionskapacitet for en enhed er steget med 120.000 stykker. Den konforme vandvej er endnu vigtigere, da den slipper af med den "kølende blinde plet", som traditionelle vandveje har. Dette sænker produktvridningshastigheden fra 0,8 % til 0,2 % og hæver udbyttegraden til 99,5 %, hvilket reducerer den tid, der kræves til formtestning og efterbearbejdning.
Letvægts strukturel optimering: Topologi optimeringsteknologi kan hjælpe metal 3D print med at fjerne ekstra materialer fra forme, som kan reducere vægten med 30% til 50%, mens den stadig sikrer, at strukturen er stærk. En virksomhed, der laver vindkraftudstyr, har opdelt en 2-meter bred vingeform i 8 letvægtsmoduler til udskrivning. Dette reducerer forsendelsesomkostningerne med 40 %. Den tid det tager at udskifte et enkelt modul er også blevet skåret fra 2 timer til 30 minutter, hvilket i høj grad forkorter formvedligeholdelsescyklussen.
3, Materialeoptimering: Periodiske gennembrud inden for højtydende legeringer og kompositmaterialer-
Den måde, formmaterialer fungerer på, har en direkte effekt på, hvor svært det er at behandle, og hvor lang tid det tager at lave noget. Fordi traditionelt formstål er ret hårdt og ikke overfører varme godt, skal det varme-behandles flere gange og bearbejdes meget præcist, så det passer til brugsbehov. Men metal 3D-printteknologi overvinder ydeevnegrænserne for standardmaterialer ved at ændre den måde, materialer fremstilles på, og den måde, de bruges på.
Direkte udskrivning af høj-temperaturlegeringer: En vis producent af turbinemotorer bruger 3D-print til at lave volutter af nikkel-baserede høje-temperaturlegeringer. Den får 100.000 lækage-fri cyklusser i et-højtemperaturmiljø på 600 grader ved at optimere laserindstillinger og støttestrukturer. Dens levetid er tre gange længere end traditionelle støbegods, og den behøver ikke at blive varm isostatisk presset bagefter, hvilket forkorter fremstillingscyklussen med 20 %.
Kobberlegering effektiv varmeafledning: En datacentertjenesteudbyder bruger 3D-printede kobberlegerings væskekølede moduler med en termisk ledningsevne på 398W/(m · K). Dette gør dem 60% mere effektive til at slippe af med varme end aluminiumsmoduler. Integreret udskrivning fjerner risikoen for svejselækage, hvilket reducerer den tid, det tager at fejlfinde serverens varmeafledningssystem fra 7 dage til 3 dage.
Funktionel integration af kompositmaterialer: Metal 3D-print kan få praktiske strukturer som kølekanaler, ejektorstifter og udstødningsåbninger til at arbejde sammen. Gennem integreret design er antallet af dele i en given bilinteriørform blevet skåret ned fra 127 til 38. Den tid, det tager at sætte formen sammen, er blevet skåret ned med 70%, og formlækageraten er faldet til mindre end 0,1%, da der er færre tætningsled.
4, Casestudie: Det cykliske skift fra laboratorium til produktionslinje
Inden for medicinske forme bruger en bestemt virksomhed inden for medicinsk udstyr metal 3D-printteknologi til at fremstille ortopædiske implantatforme. Sprøjtestøbningscyklussen sænkes fra 120 sekunder til 75 sekunder takket være et konformt køledesign. Stabiliteten af ​​produktstørrelsen øges med 50 %, og den daglige produktionskapacitet går fra 500 styk til 800 styk. Dette imødekommer behovet for akut medicinske forsyninger.
I forbrugerelektronikindustrien bruger en virksomhed, der fremstiller mobiltelefoner, 3D-print til at lave forme til USB-topcover. Ved at gøre det konforme vandvejsdesign bedre, reduceres støbecyklussen for sprøjtestøbte komponenter med 45 %, og den direkte gennemløbsrate for varer stiger fra 82 % til 95 %. Dette skyldes, at ujævn afkøling giver færre overfladefejl. Det gør den tid det tager at lancere nye produkter meget kortere.
Et bestemt firma, der fremstiller flymotorer i luft- og rumfartsområdet, er begyndt at bruge 3D-printede titaniumlegeringer til turbineblade. Formens vægt er blevet reduceret med 40 % takket være et letvægtsdesign og topologiforbedring. Desuden er formreparationscyklussen blevet skåret ned fra 15 dage til 3 dage, siden varmebehandlingsdeformationen er gået ned. Dette sikrer, at motorblade altid er tilgængelige.