Які основні переваги використання металевого 3D-друку у виробництві форм?

1. Подолання меж дизайну: створення складних структур у вільній-формі
Логіка «видалення матеріалу» субтрактивної обробки обмежує традиційне виготовлення форм. Буває важко зробити складні внутрішні канали потоку, нерівні поверхні та інші конструкції, або це може вимагати з’єднання кількох частин, що підвищує витрати та знижує надійність. Характерне для металевого 3D-друку «укладання шарів за шарами» повністю перешкоджає цьому бар’єру. Його основні переваги:
Конструкція конформного каналу охолоджувальної води: за допомогою технології лазерного плавлення шару порошку (LPBF) можна безпосередньо виготовити спіральні, сітчасті або біоміметичні геометрії каналів потоку, які щільно прилягають до порожнини форми. Наприклад, компанія Conflux Technology в Австралії створила надрукований на 3D-теплообмінник для аерокосмічного сектору з внутрішньою товщиною стінок лише 0,3 мм. У порівнянні з попередніми конструкціями ефективність теплообміну зросла на 40%, а перепад тиску зменшився на 25%.
Інтегроване виробництво гарячих насадок: традиційні гарячі насадки потрібно складати з кількох частин. Металевий 3D-друк може зробити корпус гарячого сопла, слот нагрівального елемента та канал потоку одночасно. Це зменшує щілини та розриви, які виникають, коли деталі розширюються та стискаються через нагрівання, а також робить процес ін’єкції більш стабільним.
Форми зі складними візерунками. Важко виготовити мікро{0}}складні структури за допомогою традиційних методів, таких як блоки візерунків для гумових шин і форми для візерунків для підошв взуття. Металевий 3D-друк може здійснювати непідтримуваний друк, використовуючи високо-точний точковий контроль (наприклад, мікромасштабний процес LPBF, який має діаметр плями лише 20 мкм) і значення Ra шорсткості поверхні лише 0,8 мкм. Це скорочує потребу в поліруванні пізніше.
2. Скорочення виробничого циклу: з тижнів до 48 годин
Виготовлення традиційних форм займає більше десяти кроків, таких як проектування форми, обробка з ЧПУ, термообробка, складання та усунення несправностей. Весь процес може зайняти тижні або навіть місяці. Модель 3D-друку металу «дизайн як виробництво» полегшує процес, включаючи 3D-моделювання, обробку нарізки, друкарське формування та пост-обробку. Це скорочує час доставки товару.
Перевірка швидкого прототипування: певний виробник автомобільних запчастин почав використовувати 3D-друк на металі, щоб скоротити час виготовлення складної прес-форми з 15 до 3 днів, що прискорює процес виготовлення нових продуктів.
Дрібномасштабне-виробництво на замовлення: металевий 3D-друк можна використовувати для виготовлення внутрішніх металевих деталей-автомобілів на замовлення або спеціальних деталей трансмісії для гоночних автомобілів. Для цього не потрібно відкривати форму, що знижує вартість кожного виробу на 30% порівняно з традиційними методами та дозволяє легко часто змінювати дизайн.
Екстрене технічне обслуговування: у секторі енергетичного обладнання певна компанія використала технологію 3D-друку металу, щоб відремонтувати-високотемпературний сплав насоса менш ніж за 48 годин, запобігши втратам від вимкнення обладнання.
3. Підвищення врожайності та ефективності виробництва шляхом оптимізації продуктивності охолодження.
На якість лиття під тиском деталей значно впливає система охолодження форми. Через обмежене розташування традиційні охолоджувальні канали з прямими отворами можуть спричинити нестабільність температур прес-форми, що може призвести до проблем, зокрема вигину та деформації продукту. Метод конформного охолодження для металевого 3D-друку значно покращує продуктивність трьома основними способами:
Біоміметичний дизайн каналу потоку гарантує, що охолоджуюча вода рівномірно покриває порожнину форми, що зберігає рівномірне температурне поле. Коефіцієнт деформації продукту знизився з 0,8% до 0,2%, а його коефіцієнт придатності зріс до 99,5% після того, як у певній формі для електричних роз’ємів використовувався надрукований на 3D конформний водяний канал.
Zhongrui Technology виготовила форму для кондиціонування повітря для компанії з виробництва побутової техніки, щоб скоротити цикл формування. Завдяки покращенню організації каналу охолодження цикл лиття під тиском збільшився з 45 секунд до 30 секунд, а річна виробнича потужність одного пристрою зросла на 120 000 штук.
Менше споживання енергії: компанія CoolestDC у Сінгапурі виготовила 3D-надруковану пластину з рідинним охолодженням із інтегрованою безшовною конструкцією, яка споживає на 15% менше енергії, ніж звичайні паяні пластини з рідинним охолодженням, і не має ймовірності витоку.
4. Легка конструкція: економія грошей на матеріалах і доставці
Вага прес-форми безпосередньо впливає на кількість енергії, яка використовується для обробки, вартість доставки та безпеку під час роботи. Технологія оптимізації топології в металевому 3D-друкі може видалити більшу частину матеріалу, зберігаючи структуру міцною.
Спеціальна-форма для лиття під тиском використовує 3D-надруковану алмазну опорну структуру, що робить її на 35% легшою та на 20%-довшою.
Модульна конструкція: великі форми можна розбити на менші легші модулі для друку. Потім ці модулі можна з’єднати разом за допомогою механічних з’єднань, щоб знизити ризик транспортування однієї частини. Наприклад, компанія, яка виробляє вітроенергетичне обладнання, розрізала форму для лопаті діаметром 2-метри на 8 частин, що скоротило витрати на доставку на 40%.
Функціональна інтеграція: металевий 3D-друк може поєднувати канали охолодження, виштовхувачі, вихлопні отвори та інші функціональні компоненти, що зменшує кількість деталей, необхідних для форми. Інтегрована конструкція скоротила кількість деталей у певній прес-формі бампера автомобіля зі 127 до 38, а час, необхідний для їх складання, скорочено на 70%.
5. Сумісність матеріалів: працює з високоякісними-металами та композитними матеріалами
Традиційне виготовлення прес-форм здебільшого використовує формувальну сталь і алюмінієві сплави, але металевий 3D-друк може використовувати такі унікальні матеріали, як титанові сплави, високо{1}}температурні сплави та мідні сплави для роботи в дуже жорстких умовах.
Певний виробник турбінних двигунів в аерокосмічній сфері використовує спиралі з титанового сплаву, надруковані на 3D, для покращення конструкції маршруту повітряного потоку. Завдяки цьому співвідношення тяги-до-ваги на 5% вище, а стійкість до температури досягає 600 градусів.
Атомна енергетична компанія використовує 3D-друковані клапани з високотемпературного-сплаву на основі нікелю в зоні енергетичного обладнання, щоб отримати 100 000 циклів без витоку-при 10 МПа та 550 градусах. Ці клапани служать втричі довше, ніж стандартні виливки.
Мікроелектронне розсіювання тепла. Постачальник послуг центру обробки даних використовує модулі з рідинним-охолодженням-з 3D-друком із мідного сплаву з теплопровідністю 398 Вт/(м · К). Це робить розсіювання тепла на 60% ефективнішим, ніж алюмінієві модулі.