Як отримати складні форми для каналів охолодження за допомогою металевого 3D-друку?

一 Обмеження типових каналів охолодження: подвійні межі ефективності та якості
Технологія перехресного свердління використовується для виготовлення класичних каналів охолодження прес-форми, а критерії конструкції обмежені прямістю траєкторії обробки. Наприклад, необхідно просвердлити роздільну поверхню форми автомобільного бампера, щоб забезпечити місце для контуру охолоджувальної води. Однак важко підтримувати однакову відстань між водяним контуром і поверхнею порожнини прес-форми, що призводить до великих відхилень у продуктивності охолодження. Згідно з галузевими даними, звичайні форми охолоджуються лише від 30% до 50% необхідного часу, а охолодження може займати до 70% часу, необхідного для виготовлення форми. Близько 40% брухту продукту безпосередньо спричинено нерівномірним охолодженням.
Крім того, виготовлення складних форм передбачає обробку блоків і з’єднання, що не тільки збільшує ймовірність помилок під час складання, але й скорочує термін служби форми. Наприклад, форму для деталі автомобіля доводилося багато лагодити, оскільки контур охолоджувальної води постійно блокувався. На його обслуговування витрачається більше 2 мільйонів юанів на рік. Ці проблеми показують, що звичайне виготовлення не завжди є найкращим способом виготовлення високоякісних-форм.
2. Великий крок вперед у технології 3D-друку металу: 3D-друк металу робить можливим «вільне проектування» та «інтегроване формування» каналів охолодження за допомогою таких методів, як селективне лазерне плавлення (SLM) і плавлення електронним променем (EBM). Наступні три речі демонструють його основні переваги:
1. Геометричні ступені свободи: неправильна річка, яка підходить до порожнини форми
Конформна конструкція каналу охолодження обходить геометричні обмеження стандартного буріння та може змінювати потік води відповідно до кривизни поверхні порожнини форми. Наприклад, конформні охолоджувальні вставки Zhongrui Technology для прес-форм для побутової техніки використовують програмне забезпечення для моделювання, щоб зберегти відстань між шляхом охолодження води та поверхнею порожнини форми в межах 2 мм. Це скорочує цикл лиття під тиском на 35%, а швидкість викривлення продукту – на 60%. За допомогою 3D-друку Diamond Tool Company зі Сполучених Штатів змінила діаметр каналу охолоджувальної води з 11,11 мм до 8 мм, зберігши незмінною площу-перерізу. Це зрівняло витрату теплоносія і ефективність теплообміну.
2. Оптимізація топології: полегшення речей і поєднання функцій
Металевий 3D-друк може створювати легкі конструкції, такі як гратчасті структури, які використовують менше матеріалу, але залишаються міцними. Наприклад, порожнистий решітчастий охолоджуючий канал Platinum для форм для лопатей авіаційних двигунів зменшує вагу на 40% і покращує ефективність охолодження в 2,3 рази, ніж у стандартних конструкціях. Крім того, 3D-друк може виготовляти такі деталі, як гарячі сопла та ізоляційні мезони, одночасно, що зменшує кількість помилок під час складання. Якщо компанія використовує 3D-друк, щоб скоротити кількість гарячих насадок з 12 до 3, час, необхідний для їх збирання, скорочується на 80%, а проблема зазору, яка виникає, коли речі розширюються та стискаються під впливом тепла, повністю вирішується.
3. Інноваційні матеріали: як високоефективні сплави можна використовувати різними способами
Металевий 3D-друк може використовувати широкий діапазон матеріалів, зокрема формувальну сталь (наприклад, 18Ni300 і H13), високотемпературні сплави (наприклад, інконель 718), алюмінієві сплави (наприклад, AlSi10Mg) тощо, щоб задовольнити потреби в різноманітних робочих умовах. Наприклад, порошок 18Ni300 від Jiangsu Weilari має рівень кисню менше 0,03%, щільність надрукованої частини понад 99,5%, а термін служби більш ніж удвічі перевищує термін служби типових прес-форм. У сфері транспортних засобів з новою енергією одна компанія використовує 3D-друк для виготовлення корпусів двигунів із алюмінієвого сплаву зі спіраллю каналів охолодження. Це зменшує вагу на 50% і підвищує ефективність розсіювання тепла на 30%.
3. Промислове використання: від високо-виробництва до широкого використання
Форми з конформним охолодженням для металевого 3D-друку використовуються в усьому світі, і вони мали великий вплив на економіку та якість продукції.
1. Прес-форми для лиття під тиском: подвійне підвищення якості та ефективності
Форму для пряжки безпеки автомобіля, яку використовує Shantou Ruixiang Mold, надруковано високотехнологічним обладнанням Huashu FS271M. Це скорочує час охолодження з 25 секунд до 13 секунд, цикл виробництва однієї деталі з 43,6 секунди до 31,6 секунди та підвищує ефективність на 27,5%. Ефективність охолодження вставних форм також зросла з 15% до 22%, а рівень сертифікації продукції тепер становить 99,2%. Компанія Audi Germany скоротила час виготовлення кронштейнів двигуна з алюмінієвого сплаву на 40%, а споживану енергію – на 25%, використовуючи 3D-друк для виготовлення-вставок для лиття під тиском.
2. Форми для лиття під тиском: нові рівні продуктивності в дуже гарячих ситуаціях
У промисловості-лиття під тиском магнієвих сплавів одна компанія виготовляє серцевини форм зі сталі (CX), надрукованої 3D. Термін служби прес-форми збільшився з 80 000 до 150 000 разів, а вартість кожної деталі знизилася на 40%. 3D-друк також може швидко вносити зміни у форми. Друкуючи тестові форми, компанія, яка виробляє споживчу електроніку, скоротила час виготовлення нових виробів із шести місяців до двох.
3. Особливі ситуації: індивідуальні рішення для дуже суворих умов
Індійська команда Octane Racing використовує обладнання EOS M290-2 FLX для друку корпусу колісного двигуна. Цей корпус має спіральний канал охолодження і важить лише 1,3 кг, що на 50% менше, ніж традиційні конструкції. Він також відповідає вимогам до розсіювання тепла для високих температур 600 градусів. У медичній промисловості певна компанія збільшила рівномірність охолодження до 98% шляхом 3D-друку ортопедичних форм для імплантатів із титанового сплаву. Це запобігає тріщинам, які можуть виникнути під час нагрівання форм традиційним способом.