Vai metāla 3D drukāšana var ražot štancēšanas veidnes?

1. Tehniskā iespējamība: pāreja no "koncepcijas pārbaudes" uz "mēroga pielietojumu".
Metāla 3D drukāšanas galvenā priekšrocība ir tā, ka tā nodrošina "bezmaksas dizainu" un "ātru ražošanu". Izmantojot tādas metodes kā selektīva lāzerkausēšana (SLM) un elektronu staru kausēšana (EBM), metāla pulverus var sakraut vienu virs otra, lai izveidotu sarežģītus ģeometriskus dizainus. Tas pārsniedz veidņu formu standarta apstrādes robežas.
Spēja izgatavot sarežģītas konstrukcijas
Lai izgatavotu tradicionālās štancēšanas veidnes, dzesēšanas ūdens kanāli ir jāapstrādā ar tādām metodēm kā frēzēšana un urbšana. Tomēr var būt grūti izveidot sarežģītus dobumus un nelīdzenus ūdens kanālus, jo apstrādes instrumentiem ir grūti piekļūt. Piemēram, štancēšanas formas dzesēšanas ūdens ķēdei automašīnas dzinēja cilindra galvai jābūt cieši saistītai ar veidnes dobuma virsmu, lai vienmērīgi sadalītu siltumu. Tradicionālās metodes apgrūtina nelineāra ūdens ķēdes izkārtojuma izveidi. Un metāla 3D drukāšana var tieši radīt neregulārus ūdensceļus, piemēram, spirāles un biomimētiskus koku zarus. Tas padara dzesēšanu par vairāk nekā 30% efektīvāku un paātrina formēšanas procesu. Labi pazīstams-automobiļu uzņēmums izmanto 3D drukāšanu, lai izgatavotu dzinēja cilindru galvas štancēšanas veidnes. Tas samazina laiku, kas nepieciešams to izgatavošanai, no diviem mēnešiem līdz divām nedēļām un padara veidņu kalpošanas laiku vairāk nekā 100 000 reižu ilgāk.
Liels solis uz priekšu materiālu darbībā
Metāla 3D drukāšana tagad var konsekventi veidot augstas -stiprības metālus. Piemēram, H13 instrumentu tērauds pēc 3D drukāšanas un termiskās apstrādes var sasniegt HRC 50-55 cietību un 22J triecienizturību. Tas atbilst liešanas veidņu vajadzībām gan attiecībā uz nodilumu, gan plaisām. Uzņēmums Broadcom Precision izmanto Huashu High Tech sērijas FS273M aprīkojumu, lai drukātu pres{17}}liešanas veidņu ieliktņus. Šie ieliktņi ir stabila izmēra pat pēc 50 000 štancēšanas cikliem, un ražas līmenis ir 100%. Turklāt, izmantojot augstas veiktspējas materiālus, piemēram, titāna sakausējumus un niķeļa{20}sakausējumus, 3D drukātās veidnes ir pietiekami izturīgas, lai izturētu skarbos apstākļus, piemēram, augstu temperatūru un augstu spiedienu.
Inovācijas procesu integrācijā
Lai atrastu līdzsvaru starp izmaksām un efektivitāti, nozare ir aplūkojusi hibrīda ražošanas pieeju, kas apvieno "3D drukāšanu un tradicionālo apstrādi". Vispārējā mehānisko zinātņu pētniecības institūta Haixi filiāle nāca klajā ar veidu, kā izgatavot karstās štancēšanas veidnes. Pirmkārt, tie nofrēzēja veidnes substrātu un taisnas caurules. Pēc tam viņi izmantoja 3D drukāšanu, lai neregulāras dzesēšanas caurules sakrautu vienu virs otras. Visbeidzot, viņi pārliecinājās, ka veidnes dobums ir precīzs, to izgriežot un pulējot. Šī procedūra samazina metāla pulvera daudzumu par 60%, apstrādes laiku par 40%, kā arī nodrošina, ka dzesēšanas cauruļvads un veidnes dobums lieliski iederas.
2. Veiktspējas pārbaude: trīs cietības, ilgmūžības un precizitātes testi
Štancēšanas veidnēm ir jāiztur desmitiem tūkstošu vai pat miljoniem augsta{0}spiediena triecienu, un to cietība, nodilumizturība un izmēru stabilitāte nosaka ar tām izgatavoto izstrādājumu kvalitāti. Lai noskaidrotu, vai metāla 3D drukas veidnes darbojas tā, kā vajadzētu, ir jāaplūko reālie ražošanas dati.
Cietība un nodilumizturība
Testi laboratorijā ir parādījuši, ka 3D drukātās H13 tērauda veidnes (HRC 52) ir tikpat cietas kā tradicionālās kalšanas veidnes (HRC 50-53). Tomēr mikrostruktūra ir konsekventāka, kas samazina plaisu rašanās iespēju. Ja automašīnu sēdekļu rāmju izgatavošanai izmanto štancēšanas veidnes, 3D drukātās veidnes nolietojas par 40% ātrāk nekā tradicionālās veidnes, un apkopes cikls ilgst 3 mēnešus.
noguruma dzīve
Augsta cikla noguruma pārbaude parāda, ka 3D drukāto veidņu noguruma robeža ir līdzīga tradicionālajām procedūrām. Tomēr ir svarīgi sekot līdzi drukas kļūdām. Piemēram, ja poru nav pilnībā sapludinātas pulvera slāņa kausēšanas tehnoloģijā, var rasties spriedze un saīsināt materiāla kalpošanas laiku. Izpētes grupa ir uzlabojusi 3D drukāto Ti6Al4V veidņu noguruma kalpošanas laiku līdz 10 ^ 7 cikliem, kas atbilst aviācijas kvalitātes kritērijiem, optimizējot skenēšanas taktiku (šādu šaha skenēšanu) un starpslāņu savienojuma stiprumu.
izmēru pareizība
Metāla 3D drukāšana var būt precīza ar precizitāti ± 0,05 mm, un pēcapstrādes metodes, piemēram, karstā izostatiskā presēšana un CNC apstrāde, var atbrīvoties no jebkāda atlikušā sprieguma un deformācijas. 3D drukāšanas tehnoloģija ir spējusi izgatavot elektronisko ierīču korpusu štancēšanas veidnes, kas ir precīzas tekstūras kopijas ar 0,3 mm virsmas raupjumu.<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Kad to izmantot: pārejiet no “mazu sēriju izmēģinājuma ražošanas” uz “liela-apjoma ražošanu”
Metāla 3D drukāšanā izmaksu struktūra atšķiras no tradicionālajām metodēm. Iekārtu un materiālu cenas ir augstākas, bet veidņu projektēšanas, izmēģinājuma ražošanas un modifikācijas soļi vairs nav nepieciešami. Palielinoties ražošanas partijas lielumam, kopējās izmaksas samazinās. Šobrīd to var izmantot trīs galvenajās situācijās:
Veidne sarežģītām konstrukcijām
3D drukāšana var ievērojami paātrināt izstrādes ciklu veidnēm ar smalkām tekstūrām, dziļiem tukšumiem vai ūdensceļiem, kas nav taisni. Piemēram, viens uzņēmums izmanto 3D drukāšanu, lai izgatavotu veidnes apavu zolīšu štancēšanai. Tas samazina dizaina iegūšanai nepieciešamo laiku no 6 nedēļām līdz 10 dienām, kā arī ļauj izveidot individuālus dizainus, kas atbilst mazu partiju un dažādu stilu vajadzībām.
Veidnes ar lielu pievienoto vērtību
Tādās jomās kā aviācija un veselības aprūpe veidņu precizitātes un veiktspējas vajadzības ir daudz svarīgākas nekā to izmaksas. 3D drukāšana ir veiksmīgi izmantota, lai izgatavotu veidnes tādiem augstākās klases produktiem- kā turbīnu diski lidmašīnu dzinējiem un mākslīgās locītavu protēzes. Tās vieglais dizains (kas samazina svaru par 20% līdz 30%) un integrētā struktūra (kas samazina montāžas kļūdas) ir tās galvenās priekšrocības.
Veidņu nostiprināšana un pārtaisīšana
3D drukāšanā izmantotā lāzera pārklājuma pārklājuma (LC) tehnoloģija var ātri salabot nolietotās veidnes. Piemēram, viens automašīnu uzņēmums izmantoja LC tehnoloģiju, lai nostiprinātu štancēšanas veidnes dobuma virsmu. Tas saīsināja remonta laiku no 7 dienām līdz 2 dienām, samazina izmaksas par 50%, un veidne tika atgriezta sākotnējā precizitātē.