Vai metāla 3D drukāšana var tieši radīt pelējuma dobumus?

一, Tehniskā iespējamība: Pāreja no laboratorijas uz ražošanas līniju
1. Pilnīgs materiālu sistēmas pārklājums
Metāla 3D drukāšana tagad var darboties ar visiem materiāliem, ko parasti izmanto veidņu izgatavošanai. Piemēram, lāzera pulvera slāņa kausēšanas (LPBF) tehnoloģija var drukāt klasiskus veidņu materiālus, tostarp H13 instrumentu tēraudu, P20 veidņu tēraudu un 1.2709 martensīta tēraudu. Precīzi-noregulējot procesa iestatījumus, svarīgi rādītāji, piemēram, drukāto detaļu cietība, stingrība un nodilumizturība, ir sasnieguši vai pārsniedz kalšanas materiālu specifikācijas. Piemēram, viens uzņēmums izmantoja LPBF tehnoloģiju, lai izgatavotu veidņu caurumus no H13 tērauda. Pēc termiskās apstrādes cietība palielinājās līdz 52 HRC, un termiskā noguruma kalpošanas laiks bija par 40% ilgāks nekā ar parastu apstrādi. Tas var apstrādāt vairāk nekā 500 000 injekcijas formēšanas ciklus.
Ir pierādīts, ka metāla 3D drukāšanai ir īpašas priekšrocības konkrētu materiālu jomā. Tā kā cilvēki vēlējās materiālus, kas ir gan ļoti vadoši, gan izturīgi pret koroziju, uzņēmums izveidoja vara-sakausējumu drukas procesu. Šim procesam ir siltumvadītspējas koeficients līdz 380W/(m · K), kas ir par 25% augstāks nekā tradicionālajām berilija vara veidnēm. Tā kā cilvēki vēlējās vieglus materiālus, alumīnija sakausējuma un titāna sakausējuma drukas tehnoloģija var samazināt veidnes svaru par 30% līdz 50%, vienlaikus saglabājot struktūras izturību.
2. Neierobežots progress strukturālās sarežģītības jomā
Tradicionālo veidņu izgatavošanu ierobežo atņemšanas apstrādes ģeometriskās robežas. Lai izveidotu sarežģītas konstrukcijas, ir jāizmanto tādas metodes kā sadalīšana, savienošana un metināšana, kas padara veidnes mazāk precīzas un saīsina to kalpošanas laiku. Metāla 3D drukāšana var uzreiz izveidot jebkuru sarežģītu formu, īpaši jaunas, piemēram, konformālus dzesēšanas kanālus, elpojošu tēraudu un punktu matricas pildījumu.
Piemēram, ar tradicionālajām urbšanas metodēm var izveidot tikai taisnas vai vienkāršas līnijas{0}}ūdens kanālus. Turpretim 3D drukāšana var radīt neregulārus ūdens kanālus, piemēram, spirāles, koka zaru un biomimētiskas lapu vēnu formas, kas var uzlabot dzesēšanas efektivitāti par vairāk nekā 40%. Pēc topoloģijas optimizēta kanāla dizaina izmantošanas veidnei automašīnas durvju rāmja dekoratīvai sloksnei, viena gabala izgatavošanas laiks samazinājās no 120 sekundēm līdz 75 sekundēm, un ražības rādītājs palielinājās no 89% līdz 98%. Uzņēmumi, kas ražo elpojošu tēraudu, ir spējuši precīzi pārvaldīt 0,04 mm atvērumu, izmantojot porainu slāņu drukas tehnoloģiju. Tas ir trīskāršojis veidņu izplūdes efektivitāti un novērstas tādas problēmas kā metināšanas līnijas un burbuļi, kas rodas, kad gāze tiek iesprostoti.
3. Pastāvīgi uzlabojot virsmas kvalitāti un precizitāti
Agrīnajai metāla 3D drukāšanai bija grūti apmierināt veidņu izgatavošanas augstas precizitātes prasības, jo starpslāņu savienošanas spēks nebija pietiekami spēcīgs un virsma bija pārāk raupja. Taču šī problēma ir novērsta, pateicoties tehnikas attīstībai. Pašlaik augstas klases metāla 3D drukas iekārtas var izgatavot detaļas ar izmēru precizitāti ± 0,05 mm un virsmas raupjumu, kas ir mazāks par 1,6 μm vai vienāds ar to. Izmantojot pulēšanu, smilšu strūklu un citas darbības, tā var padarīt virsmu tikpat gludu kā spogulis.
Piemēram, Mantle TrueShape tehnoloģija izmanto kombināciju "3-CNC apstrāde + zīmēšana un drukāšana + programmatūras dizains", lai ļoti precīzi izveidotu veidņu dobumus. Šis process izdrukā H13 tērauda veidnes dobumu, kura virsmas raupjums Ra ir tikai 0,8 μm, kas nozīmē, ka to var uzreiz izmantot spīdīgai iesmidzināšanai, bez iepriekšējas pulēšanas. Šī tehnoloģija nodrošina arī vairāku-materiālu kompozītmateriālu drukāšanu, kas var uzklāt nodilumizturīgu pārklājumu uz veidnes virsmas. Tādējādi veidne var kalpot vairāk nekā trīs reizes ilgāk nekā tradicionālās metodes.
2, Rūpnieciskā prakse: no ideju testēšanas līdz to izmantošanai plašā mērogā
1. Automobiļu veidnes: dubulta revolūcija izmaksu un efektivitātes ziņā
Metāla 3D drukāšana ir pārgājusi ārpus ideju pārbaudes stadijas uz liela mēroga-pielietojumu automašīnu veidņu jomā. Viens uzņēmums, kas ražo automašīnas, izmanto LPBF tehnoloģiju, lai izgatavotu veidnes motora cilindru galvām. Iesmidzināšanas formēšanas cikls ir par 37,2% īsāks, un katras preces izmaksas ir par 22% zemākas, ja tiek uzlabota konformālā dzesēšanas ūdens kanāla konstrukcija. Vēl iespaidīgāk ir tas, ka šī tehnoloģija var "vienreiz veidot" veidnes, negaidot, kamēr veidne atvērsies. Tas samazina laiku, kas nepieciešams jaunu produktu izstrādei, no 6 mēnešiem līdz 2 mēnešiem un ievērojami paātrina reakcijas laiku tirgū.
Metāla 3D druka lieliski darbojas arī vieglu veidņu izgatavošanai. Zināms jauns enerģijas transportlīdzekļu uzņēmums ražo akumulatoru paliktņu veidnes, izmantojot alumīnija sakausējuma drukas tehnoloģiju. Veidnes svars tiek samazināts par 45%, bet iesmidzināšanai izmantotā enerģija tiek samazināta par 18%, vienlaikus saglabājot veidnes izturību. Veidne ir izgājusi 200 000 iesmidzināšanas formēšanas ciklu, un tā darbojas labi un ir uzticama.
2. Medicīniskās veidnes: labākais veids, kā padarīt lietas tieši tādas, kādas vēlaties
Medicīnas profesijai ir vajadzīgas ļoti specifiskas un individualizētas veidnes, un metāla 3D druka ir labākais veids, kā to izdarīt. Uzņēmums, kas ražo veidnes ortopēdiskajiem implantiem, izmanto kobalta hroma sakausējuma drukāšanas tehnoloģiju, lai izgatavotu veidnes, kas ir "specifiskas pacientam". Pelējuma digitālais modelis tiek izgatavots uzreiz, iegūstot kaulu datus no pacienta, izmantojot CT skenēšanu. Pēc 3D drukāšanas veidnes precizitāte var būt 0,02 mm, kas nozīmē, ka tā precīzi atbilst pacienta ķermenim. Šis paņēmiens ir izmantots vairāk nekā 5000 procedūrās, un tas ir samazinājis laiku, kas nepieciešams, lai pacienti atveseļotos pēc operācijas, par 30%, un komplikāciju skaits ir mazāks par 1%.
Metāla 3D drukāšanai ir arī atšķirīgas priekšrocības medicīnas ierīču veidņu jomā. Noteikts uzņēmums ražo sirds stentu veidnes, izmantojot titāna sakausējuma drukas tehnoloģiju. Trombozes risks tiek ievērojami samazināts, padarot pelējuma dobuma virsmu pēc iespējas gludāku, kas samazina stenta virsmas raupjumu Ra līdz mazākam vai vienādam ar 0,2 μm. Šo veidni ir sertificējusi FDA, un tā ir pasaulē pirmā 3D-drukātā sirds stenta veidne.
3. Aviācijas un kosmosa veidnes: vislabākā -efektīvu materiālu izmantošana
Lidmašīnu rūpniecībai ir vajadzīgas veidnes, kas spēj izturēt augstu temperatūru, ir ļoti izturīgas un ir ļoti vieglas. Metāla 3D drukāšana ir jauns veids, kā to izdarīt. Noteikts uzņēmums ražo veidnes lidmašīnu dzinēju lāpstiņām, izmantojot niķeļa{3}}sakausējuma drukas tehnoloģiju. Veidnes svars tiek samazināts par 35%, optimizējot režģa pildījuma struktūru, un tā saglabājas stabila augstā 1200 grādu temperatūrā. Veidnei ir veikta 2000 termiskā cikla pārbaude, un tās veiktspēja ir daudz labāka nekā tipiskām liešanas veidnēm.
Metāla 3D druka ļoti labi darbojas arī satelītu detaļu veidņu izgatavošanai. Viens uzņēmums ražo satelīta kronšteinu veidnes, izmantojot alumīnija sakausējuma drukas tehnoloģiju. Izmantojot topoloģijas optimizācijas dizainu, veidņu svars tiek samazināts par 60%, vienlaikus saglabājot savu svaru, kas samazina raķešu palaišanas izmaksas. Šī veidne ir izmantota vairāk nekā 10 satelītu izgatavošanai, un tā darbojas labi un konsekventi.