Mitkä ovat metallin 3D-tulostuksen tärkeimmät edut muottien valmistuksessa?

1. Suunnittelun rajojen rikkominen: monimutkaisten rakenteiden luominen vapaassa-muodossa
Vähentävän prosessoinnin "materiaalin poiston" logiikka rajoittaa perinteistä muottien valmistusta. Monimutkaisten sisäisten virtauskanavien, epätasaisten pintojen ja muiden rakenteiden tekeminen voi olla vaikeaa tai se voi vaatia useiden osien yhdistämistä, mikä nostaa kustannuksia ja alentaa luotettavuutta. Metalliselle 3D-tulostukselle ominaista "kerros kerrokselta pinoaminen" uhmaa täysin tätä estettä. Sen tärkeimmät edut ovat:
Muodonmukaisen jäähdytysvesikanavan suunnittelu: Laserjauhepetisulatustekniikalla (LPBF) voidaan valmistaa suoraan muotin onteloa vasten tiukasti sopivat spiraali-, verkko- tai biomimeettiset virtauskanavan geometriat. Esimerkiksi Australialainen Conflux Technology on valmistanut 3D-painetun lämmönvaihtimen ilmailuteollisuudelle, jonka seinämät ovat vain 0,3 mm paksut sisäpuolelta. Aiempiin malleihin verrattuna lämmönvaihdon hyötysuhde nousee 40 % ja painehäviö laskee 25 %.
Integroitu kuumasuuttimen valmistus: Perinteiset kuumasuuttimet on koottava useista osista. Metallinen 3D-tulostus voi tehdä kuumasta suuttimen rungosta, lämmityselementin aukosta ja virtauskanavasta kerralla. Tämä vähentää rakoja ja murtumia, joita tapahtuu, kun osat laajenevat ja supistuvat lämmön vaikutuksesta, ja se myös tekee ruiskutusprosessista vakaamman.
Monimutkaiset kuviomuotit: Mikro-monimutkaisia ​​rakenteita on vaikea valmistaa perinteisillä menetelmillä, kuten kumirenkaiden muottipaloja ja kengänpohjien kuviomuotteja. Metalli-3D-tulostus voi tulostaa ei-tuettua käyttämällä korkean-tarkkuuden pisteohjausta (kuten mikromittakaavan LPBF-prosessia, jonka pisteen halkaisija on vain 20 μm) ja pinnan karheuden Ra-arvoja niinkin alhaisina kuin 0,8 μm. Tämä vähentää myöhemmin kiillotuksen tarvetta.
2. Valmistussyklin lyhentäminen: viikoista 48 tuntiin
Perinteisten muottien tekeminen kestää yli kymmenen vaihetta, kuten muotin suunnittelun, CNC-työstön, lämpökäsittelyn, kokoonpanon ja vianetsinnän. Koko prosessi voi kestää viikkoja tai jopa kuukausia. Metallin 3D-tulostuksen "design as production" -malli helpottaa prosessia sisällyttämällä siihen 3D-mallinnuksen, viipalointiprosessoinnin, tulostusmuovauksen ja jälkikäsittelyn. Tämä lyhentää tuotteen toimitukseen kuluvaa aikaa.
Nopean prototyyppien varmistus: Eräs autonosien valmistaja on alkanut käyttää metallista 3D-tulostusta lyhentääkseen vaikean ruiskumuotin tekemiseen kuluvaa aikaa 15 päivästä 3 päivään, mikä nopeuttaa uusien tuotteiden valmistusta.
Pienen{0}}mittakaavan mukautettu tuotanto: Metallisella 3D-tulostuksella voidaan valmistaa sisäosien metalliosia huippuluokan mittatilausautoihin- tai erikoisvaihteistoosia kilpa-autoihin. Se ei vaadi muotin avaamista, mikä alentaa jokaisen kappaleen kustannuksia 30% perinteisiin menetelmiin verrattuna ja tekee mallin usein vaihtamisesta helppoa.
Hätähuoltotoimet: Energialaitteiden alalla eräs yritys käytti metallista 3D-tulostustekniikkaa korkean lämpötilan-seospumpun kierteen korjaamiseen alle 48 tunnissa, mikä esti laitteiden sammuttamisen häviöiltä.
3. Paranna tuottoa ja tuotannon tehokkuutta optimoimalla jäähdytystehoa.
Ruiskuvalettujen osien laatuun vaikuttaa suuresti muotin jäähdytysjärjestelmä. Rajoitetun järjestelynsä vuoksi perinteiset suorareikäiset jäähdytyskanavat voivat aiheuttaa epäyhtenäisiä muotin lämpötiloja, mikä voi johtaa ongelmiin, kuten tuotteen taipumiseen ja muodonmuutokseen. Metallin 3D-tulostuksen konforminen jäähdytysmenetelmä parantaa suorituskykyä merkittävästi kolmella päätavalla:
Biomimeettinen virtauskanavarakenne varmistaa, että jäähdytysvesi peittää tasaisesti muotin ontelon, mikä pitää lämpötilakentän yhtenäisenä. Tuotteen vääntymisaste laski 0,8 %:sta 0,2 %:iin ja sen riittoprosentti nousi 99,5 %:iin, kun tietty sähköliitinmuoti käytti 3D-tulostettua konformaalista vesikanavaa.
Zhongrui Technology teki ilmastointikuoren muotin kodinkoneyritykselle muovausjakson lyhentämiseksi. Jäähdytyskanavan järjestelyä parantamalla ruiskupuristusjakso nousi 45 sekunnista 30 sekuntiin ja yhden laitteen vuotuinen valmistuskapasiteetti kasvoi 120 000 kappaleella.
Pienempi energiankulutus: CoolestDC Singaporessa valmisti 3D--painetun nestejäähdytteisen levyn, jossa on integroitu saumaton muotoilu ja joka käyttää 15 % vähemmän energiaa kuin tyypilliset juotetut nestejäähdytteiset levyt, eikä sillä ole mahdollisuutta vuotaa.
4. Kevyt muotoilu: säästää rahaa materiaaleissa ja toimituskuluissa
Muotin painolla on suora vaikutus prosessoinnissa käytetyn energian määrään, toimituskuluihin ja työturvallisuuteen. Topologian optimointitekniikka metallin 3D-tulostuksessa voi poistaa suurimman osan materiaalista pitäen samalla rakenteen vahvana.
Tietyssä paine{0}}valumuotissa käytetään 3D-painettua timanttihilan tukirakennetta, joka tekee siitä 35 % kevyemmän ja 20 % pidempään{5}}.
Modulaarinen rakenne: Suuret muotit voidaan hajottaa pienemmiksi, kevyemmiksi moduuleiksi tulostusta varten. Nämä moduulit voidaan sitten koota mekaanisilla liitoksilla yhden kappaleen kuljetuksen riskin vähentämiseksi. Esimerkiksi tuulivoimalaitteita valmistava yritys leikkasi muotin halkaisijaltaan 2-muotista terää varten 8 osaan, mikä alentaa toimituskuluja 40 %.
Toiminnallinen integrointi: Metallisessa 3D-tulostuksessa voidaan yhdistää jäähdytyskanavia, ejektorin tappeja, poistoaukkoja ja muita toiminnallisia komponentteja, mikä vähentää muottiin tarvittavien osien määrää. Integroitu suunnittelu on vähentänyt osien lukumäärää tietyssä auton puskurimuotissa 127:stä 38:aan, ja niiden kokoamiseen kuluva aika on lyhentynyt 70 %.
5. Materiaalien yhteensopivuus: toimii -suorituskykyisten metallien ja komposiittimateriaalien kanssa
Perinteisessä muotinvalmistuksessa käytetään enimmäkseen muottiterästä ja alumiiniseoksia, mutta metallien 3D-tulostuksessa voidaan käyttää ainutlaatuisia materiaaleja, kuten titaaniseoksia, korkean lämpötilan seoksia ja kupariseoksia erittäin ankarissa ympäristöissä.
Eräs ilmailualan turbiinimoottorien valmistaja käyttää 3D-tulostettuja titaaniseoksesta valmistettuja voluutteja parantaakseen ilmavirtausreitin suunnittelua. Tämä tekee työntövoiman---suhteesta 5 % korkeamman ja lämpötilankeston jopa 600 asteeseen.
Ydinvoimayhtiö käyttää 3D-tulostettuja nikkeli-pohjaisia ​​korkean lämpötilan-metalliseosventtiilejä energialaitteiden alueella saadakseen 100 000 vuoto{5}}vapaata kiertoa 10 MPa:n paineella ja 550 asteessa. Nämä venttiilit kestävät kolme kertaa pidempään kuin tavalliset valukappaleet.
Mikroelektroniikan lämmönpoisto: Palvelinkeskuksen palveluntarjoaja käyttää 3D--painettuja kupariseoksesta valmistettuja nestejäähdytteisiä{2}}moduuleja, joiden lämmönjohtavuus on 398 W/(m · K). Tämä tekee lämmönpoistosta 60 % tehokkaamman kuin alumiinimoduulit.