Voiko metallista 3D-tulostus tuottaa suoraan muottipesäkkeitä?

一, Tekninen toteutettavuus: Siirtyminen laboratoriosta tuotantolinjalle
1. Materiaalijärjestelmän täydellinen kattavuus
Metalli 3D-tulostus voi nyt toimia kaikkien materiaalien kanssa, joita tyypillisesti käytetään muottien valmistukseen. Esimerkiksi laserjauhepetisulatustekniikka (LPBF) voi tulostaa klassisia muottimateriaaleja, kuten H13-työkaluterästä, P20-muottiterästä ja 1.2709 martensiittista terästä. Hienosäätämällä prosessiasetuksia, tärkeät mitat, kuten painettujen osien kovuus, sitkeys ja kulutuskestävyys, ovat vastanneet tai ylittäneet taontamateriaalien vaatimukset. Esimerkiksi yksi yritys käytti LPBF-tekniikkaa muottien reikien tekemiseen H13-teräksestä. Kovuus nousi 52 HRC:hen lämpökäsittelyn jälkeen ja lämpöväsymisikä oli 40 % pidempi kuin tyypillisessä käsittelyssä. Se pystyy käsittelemään yli 500 000 ruiskupuristusjaksoa.
Metallisella 3D-tulostuksella on osoitettu olevan erityisiä etuja tiettyjen materiaalien alalla. Koska ihmiset halusivat materiaaleja, jotka ovat sekä erittäin johtavia että korroosionkestäviä, yritys loi kupari-pohjaisen metalliseospainatusprosessin. Tämän prosessin lämmönjohtavuuskerroin on jopa 380 W/(m · K), mikä on 25 % korkeampi kuin perinteisillä berylliumkuparimuotilla. Koska ihmiset halusivat materiaaleja, jotka ovat kevyitä, alumiiniseos- ja titaaniseospainatustekniikka voi vähentää muotin painoa 30–50 prosenttia säilyttäen samalla rakenteen lujuuden.
2. Rajoittamaton edistyminen rakenteellisen monimutkaisuuden osalta
Perinteistä muottien valmistusta rajoittavat vähentävän käsittelyn geometriset rajat. Monimutkaisten rakenteiden tekemiseen on käytettävä halkaisu-, liitos- ja hitsausmenetelmiä, mikä tekee muotista vähemmän tarkkoja ja lyhentää niiden käyttöikää. Metallisella 3D-tulostuksella voidaan tehdä heti minkä tahansa monimutkaisen muodon, etenkin uusien, kuten konformisten jäähdytyskanavien, hengittävän teräksen ja pistematriisitäytön.
Esimerkiksi perinteisillä porausmenetelmillä voidaan tehdä vain suoria tai yksinkertaisia ​​viivamaisia{0}}vesikanavia. Sitä vastoin 3D-tulostus voi tehdä epäsäännöllisiä vesikanavia, kuten spiraalia, puun oksia ja biomimeettisiä lehtisuonimuotoja, mikä voi parantaa jäähdytystehoa yli 40 %. Kun käytettiin topologiaoptimoitua kanavasuunnittelua muotissa auton oven karmin koristelistalle, yhden kappaleen valmistusaika laski 120 sekunnista 75 sekuntiin ja tuottoaste nousi 89 %:sta 98 ​​%:iin. Hengittävää terästä valmistavat yritykset ovat pystyneet hallitsemaan tarkasti 0,04 mm:n aukkoa käyttämällä huokoista kerrostulostustekniikkaa. Tämä on kolminkertaistanut muottien pakokaasun tehokkuuden ja korjannut ongelmat, kuten hitsauslinjat ja kuplat, joita tapahtuu, kun kaasu jää loukkuun.
3. Pinnan laadun ja tarkkuuden jatkuva parantaminen
Varhaisen metallin 3D-tulostuksen oli vaikea täyttää muotinvalmistuksen-tarkkuustarpeet, koska kerrosten välinen sidosvoima ei ollut tarpeeksi vahva ja pinta oli liian karkea. Mutta tämä ongelma on korjattu teknisen kehityksen ansiosta. Tällä hetkellä huippuluokan-metalliset 3D-tulostuskoneet voivat valmistaa osia, joiden mittatarkkuus on ± 0,05 mm ja pinnan karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 1,6 μm. Kun sitä käytetään kiillotuksen, hiekkapuhalluksen ja muiden vaiheiden kanssa, se voi tehdä pinnasta yhtä tasaisen kuin peili.
Esimerkiksi Mantlen TrueShape-teknologia käyttää "3--akselin CNC-työstö+piirustus ja tulostus+ohjelmistosuunnittelu" yhdistelmää muottien onteloiden tekemiseen erittäin tarkasti. Tämä prosessi tulostaa H13-teräksisen muottipesän, jonka pinnan karheus Ra on vain 0,8 μm, mikä tarkoittaa, että sitä voidaan käyttää korkeakiiltoiseen ruiskuvaluun heti ilman, että sitä tarvitsee ensin kiillottaa. Tämä tekniikka mahdollistaa myös moni-materiaalikomposiittitulostuksen, joka voi muodostaa kulutusta kestäviä pinnoitteita muotin pinnalle. Näin muoti voi kestää yli kolme kertaa pidempään kuin perinteiset menetelmät.
2, Teollinen käytäntö: Ideoiden testaamisesta niiden käyttöön suuressa mittakaavassa
1. Automuotit: kaksinkertainen vallankumous kustannuksissa ja tehokkuudessa
Metalli-3D-tulostus on siirtynyt idean todentamisvaiheen jälkeen laajamittaiseen käyttöön automuottien alalla. Yksi autoja valmistava yritys käyttää LPBF-tekniikkaa valmistaakseen muotteja moottorin sylinterinkansiin. Ruiskuvalujakso on 37,2 % lyhyempi ja kunkin tuotteen hinta 22 % alhaisempi, kun konformisen jäähdytysvesikanavan rakennetta parannetaan. Vielä vaikuttavampaa on, että tällä tekniikalla voidaan "kerran muovata" muotteja ilman, että joudut odottamaan muotin avautumista. Tämä lyhentää uusien tuotteiden kehittämiseen kuluvaa aikaa 6 kuukaudesta 2 kuukauteen ja nopeuttaa reaktioaikaa markkinoilla huomattavasti.
Metalli 3D-tulostus toimii erinomaisesti myös kevyiden muottien valmistamisessa. Tietty uusi energiaajoneuvoyhtiö valmistaa akkuhyllyn muotteja alumiiniseospainotekniikalla. Muotin painoa leikataan 45 % ja ruiskupuristukseen käytettyä energiaa 18 %, samalla kun muotin lujuus säilyy. Muotti on käynyt läpi 200 000 ruiskupuristusjaksoa ja se toimii hyvin ja on luotettava.
2. Lääketieteelliset muotit: paras tapa tehdä asioista juuri sellaisia ​​kuin haluat
Lääkäri tarvitsee muotteja, jotka ovat hyvin erityisiä ja yksilöllisiä, ja metallin 3D-tulostus on paras tapa tehdä se. Yritys, joka valmistaa muotteja ortopedisille implanteille, käyttää kobolttikromilejeeringin painatustekniikkaa valmistaakseen "potilaskohtaisia" muotteja. Muotista tehdään digitaalinen malli heti saamalla luutiedot potilaalta TT-skannauksen kautta. Muotti voi olla 0,02 mm:n tarkkuudella 3D-tulostuksen jälkeen, mikä tarkoittaa, että se sopii potilaan kehoon tarkasti. Tätä tekniikkaa on käytetty yli 5000 toimenpiteessä, ja se on lyhentänyt potilaiden toipumiseen kuluvaa aikaa leikkauksen jälkeen 30 % ja komplikaatioiden määrää alle 1 %:lla.
Metallisella 3D-tulostuksella on myös selviä etuja lääkinnällisten laitteiden muottien alalla. Tietty yritys valmistaa sydänstenttimuotteja käyttämällä titaaniseoksesta valmistettua painotekniikkaa. Tromboosiriskiä pienentää huomattavasti tekemällä muottipesän pinta mahdollisimman sileäksi, jolloin stentin pinnan karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,2 μm. Tämän muotin on sertifioinut FDA, ja se on ensimmäinen 3D--painettu sydänstenttimuotti maailmassa.
3. Ilmailumuotit: tehokkaiden materiaalien paras käyttö-
Lentokoneteollisuus tarvitsee muotteja, jotka kestävät korkeita lämpötiloja, ovat erittäin vahvoja ja erittäin kevyitä. Metalli 3D-tulostus on uusi tapa tehdä tämä. Tietty yritys valmistaa muotteja lentokoneiden moottoreiden siipille käyttämällä nikkeli-pohjaista metalliseospainotekniikkaa. Muotin painoa leikataan 35 % optimoimalla hilan täyttörakennetta ja se pysyy vakaana korkeassa 1200 asteen lämpötilassa. Muotti on käynyt läpi 2000 lämpösyklin testauksen, ja sen suorituskyky on paljon parempi kuin tyypillisten valumuottien.
Metallin 3D-tulostus toimii erittäin hyvin myös satelliittiosien muottien valmistuksessa. Yksi yritys valmistaa satelliittikiinnitysmuotteja alumiiniseospainotekniikalla. Topologian optimointia käyttämällä muottien painoa leikataan 60 %, mutta ne silti pystyvät pitämään painonsa, mikä alentaa rakettien laukaisukustannuksia. Tällä muotilla on tehty yli 10 satelliittia, ja se toimii hyvin ja johdonmukaisesti.