Як застосувати металевий 3D-друк в автомобільній промисловості?

一, Технологічний прорив: від «виробництва складних конструкцій» до «налаштування продуктивності»
Основна перевага 3D-друку з металу полягає в тому, що він може створювати речі з «вільним дизайном» та «інтеграцією продуктивності структури матеріалу». Вибіркове лазерне плавлення (SLM) і плавлення електронним променем (EBM) — два методи, які можна використовувати для укладання металевих порошків шар за шаром для створення складних геометричних візерунків. Це велике покращення порівняно зі стандартною обробкою форм.
1. Гнучкий канал охолодження: величезний крок вперед для ефективності форми
Ефективність охолодження форм-для лиття під тиском безпосередньо впливає на якість і цикл процесу формування продукту. У більшості випадків канали охолоджувальної води в традиційних формах є прямими, що ускладнює підгонку до поверхні порожнини форми. Це призводить до нерівномірного охолодження і зміни форми продукту. Металевий 3D-друк може створювати нерегулярні водні шляхи, такі як спіральні та біоміметичні гілки дерев. Це збільшує площу контакту між охолоджувальною рідиною та порожниною форми більш ніж у три рази, скорочує цикл охолодження вдвічі та підвищує рівень сертифікації продукції до понад 99%. Наприклад, компанія використала технологію 3D-друку для виготовлення форм-для лиття головок циліндрів двигунів. Це скоротило час виробництва з 2 місяців до 2 тижнів, збільшило термін служби форми більш ніж у 100 000 разів і отримало 100% вихід продукції.
2. Легка структура: «зменшення ваги та підвищення ефективності» форм
Автомобільні форми мають витримувати дуже високі температури та тиск. Для забезпечення міцності традиційних конструкцій зазвичай використовують міцні конструкції. Це робить форму важкою та надає їй багато інерції, що робить обробку менш точною та менш ефективною. Використовуючи технології оптимізації топології, металевий 3D-друк може полегшити прес-форму на 20-30%, зберігаючи її міцність. Наприклад, певна автомобільна фірма виготовляє форми для корпусів електроприводів з алюмінієвого сплаву за допомогою технології 3D-друку. Завдяки використанню інтегрованого формування та дизайну дуже тонких стінок вага корпусу зменшується на 20%, процес обробки скорочується на 50%, а коефіцієнт використання матеріалу підвищується на 40%.
3. Велика зміна в роботі матеріалів: перехід від «Універсалізації» до «Сценаріїв»
Нові металеві матеріали для 3D-друку дозволяють виготовляти форми, які працюють різними способами. Ви можете використовувати стандартну інструментальну сталь H13, високо-ентропійні сплави або градієнтні функціональні матеріали, щоб виготовляти тривимірні-форми, які є твердішими, стійкішими до зношування та корозії та кращими для різноманітного використання. Наприклад, компанія виготовила нанопорошок сталі H13, зміцнений карбідом вольфраму, який робить прес-форму твердішою до HRC 60, зберігаючи при цьому високу міцність. Це відповідає вимогам високої температури та високого тиску для форм дисків турбін авіаційних двигунів.
2. Сценарії застосування: від «перевірки прототипу» до «велико{1}}виробництва»
Металеві форми для 3D-друку мають іншу структуру витрат, ніж традиційні методи. Ціни на обладнання та матеріали вищі, але етапи проектування форми, пробного виробництва та модифікації більше не потрібні. Загальна вартість знижується зі збільшенням розміру виробничої партії. Зараз його можна використовувати в трьох основних ситуаціях:
1. Прес-форми зі складною структурою: подолання меж традиційного виробництва
3D-друк може значно пришвидшити цикл розробки для форм із делікатною текстурою, глибокими пустотами або непрямими річками. Наприклад, одна компанія використовує 3D-друк для виготовлення форм для штампування візерунків підошви взуття. Це скорочує час, необхідний для переходу від розробки до доставки, з шести тижнів до десяти днів і дозволяє персоналізувати налаштування відповідно до потреб невеликих кількостей і широкого асортименту продуктів. COMAC C929 використовує SLM для друку прес-форм для крила з титанового сплаву в аерокосмічному бізнесі. Це робить форми набагато легшими та міцнішими.
2. Прес-форми з великою доданою вартістю: вони гарантують продуктивність і точність.
У сфері транспортних засобів на новій енергії форми для основних частин, таких як батареї та двигуни, мають бути дуже точними та добре працювати. 3Технологія D-друку може виготовляти форми з «одноразовим-формуванням», що запобігає утворенню дефектів, коли форми кілька разів затискають у традиційних процедурах. Наприклад, компанія, що займається виробництвом нових енерготранспортних засобів, використовує технологію 3D-друку для виготовлення інтегрованих прес-форм для шасі, що скорочує зварювальні операції, робить транспортні засоби більш міцними та прискорює цикли розробки прес-форм на 80%.
3. Ремонт прес-форм і відновлення: зниження витрат протягом усього життєвого циклу
Щоб виправити форму по-старому-, потрібно вирізати пошкоджені шари за допомогою дроту та електричного розряду, а потім зварити їх разом. Це займає багато часу та коштує багато грошей. 3Технологія D-друку може виконувати «точний ремонт» пошкоджених ділянок форми, а технологія лазерного нанесення покриття (LC) може швидко повернути форму до початкового розміру та ефективності. Наприклад, одна компанія застосувала технологію LC для фіксації поверхні порожнини форми для штампування. Це скоротило час ремонту з 7 до 2 днів, скоротило витрати на 50% і повернуло первісну точність форми.
3, Тенденції в галузі: перехід від «технологічного заміщення» до «екологічної реструктуризації»
Щоб зробити металеві форми для 3D-друку більш поширеними, нам потрібно подолати три великі проблеми: вартість матеріалів, стандартизацію процесу та стабільність обладнання. Наразі галузь наполягає на використанні технологій у такі способи:
1. Нові матеріали: полегшення використання
Дослідження та розробка нових металевих порошків працюють над пошуком балансу між низькою вартістю та хорошими характеристиками. Наприклад, компанія виробила нейлоновий-матеріал PA11 на біологічній основі, витягнувши рослини рицини. Це скорочує витрати на 30% порівняно з традиційними конструкційними пластиками, зберігаючи чудові механічні властивості, що робить його ідеальним для виготовлення форм для салонів автомобілів. Вивчення та розробка нових матеріалів, таких як високо-ентропійні сплави та градієнтні функціональні матеріали, також уможливить використання тривимірних-надрукованих форм у ситуаціях, коли вони мають бути здатними протистояти високим температурам і корозії.
2. Розумне виробництво: робити речі швидше та точніше
Технології оптимізації параметрів штучного інтелекту та онлайн-моніторингу можуть змінювати параметри друку в реальному часі, щоб позбутися несправностей. Наприклад, компанія випустила функцію автоматичного щеплення, яка утримує помилку зрощування прес-форми з точністю до 0,05 мм, використовуючи контрольне розташування. Це дає змогу масово-виробляти великі прес-форми. Технологія IoT також дозволяє контролювати та виправляти елементи на відстані, що знижує витрати на їх експлуатацію та обслуговування та робить їх більш надійними.
3. Спільна робота в промисловому ланцюжку для створення відкритої екології
Компанії, які виробляють обладнання, постачають матеріали та виготовляють прес-форми, працюють разом, щоб створити комплексне рішення «обладнання+матеріали+послуги». Наприклад, одна компанія пропонує повне рішення «обладнання+процес+витратні матеріали». Його обладнання UM600MT має розмір формування 400 мм × 600 мм × 500 мм, що достатньо для друку величезних форм для автомобілів. Крім того, хмарна платформа об’єднає дизайнерські ресурси з усього світу з виробничими вузлами в різних областях, створивши нову бізнес-модель під назвою «локальний друк і глобальне поширення».