Kā apvienot metāla 3D drukāšanu un veidņu iesmidzināšanu?

一, Tehnoloģiskās integrācijas galvenā ideja ir pāriet no "aizvietošanas" uz "komplementaritāti".
Metāla 3D druka un iesmidzināšana nav tikai divas tehnoloģijas, kas darbojas kopā; tie ir "piedevu ražošanas" un "atņemšanas apstrādes" sajaukums, kas darbojas kopā, lai uzlabotu efektivitāti un funkcionalitāti. Šīs trīs lietas parāda tā galveno loģiku:
Liels solis uz priekšu dizaina brīvībā
Parastās iesmidzināšanas veidnes ierobežo apstrādes metodes, un sarežģītas konstrukcijas, piemēram, konformāli dzesēšanas ūdens kanāli un iekšējās pastiprinošās ribas, rada nepieciešamību pēc atšķirīgiem ražošanas un montāžas procesiem, kā rezultātā tiek paaugstinātas cenas un pagarināti cikli. LPBF tehnika var tieši izdrukāt integrētas sarežģītas struktūras, izkausējot metāla pulveri pa vienam slānim. Piemēram, lāzera tehnoloģija ir radījusi trešās-paaudzes elpojoša tērauda procesu, ar kuru veidnēs var izgatavot daudzvirzienu elpojošas struktūras ar 0,04 mm atvērumu. Tas atrisina problēmu, ka tipiski elpojoši tērauda ieliktņi ne pārāk labi izlaiž gaisu.
Atrodiet pareizo līdzsvaru starp izmaksām un efektivitāti
Metāla 3D drukāšanas aprīkojuma iegāde maksā dārgi, taču tā var palīdzēt samazināt materiālu izšķērdēšanu (ar materiālu izmantošanas līmeni virs 90%). Uzņēmumi var izmantot 3D drukāšanu, lai izgatavotu veidņu galvenos funkcionālos elementus (tādus konformālus dzesēšanas ieliktņus), un tradicionālo apstrādi, lai izveidotu perifērijas struktūras. Tas ievērojami samazina izmaksas. Piemēram, uzņēmums B&J Specialty izmanto 3D Systems ProX DMP 300, lai drukātu automobiļu cauruļvadu veidņu ieliktņus. Tas samazina dzesēšanas cikla laiku no 1 minūtes līdz 40 sekundēm, palielina ražošanas efektivitāti par 30% un pagarina veidnes kalpošanas laiku par 25%.
Ātras izmaiņas un lietu izgatavošana pēc pasūtījuma
Metāla 3D drukāšana var ātri izgatavot veidņu prototipus testēšanai un pārbaudei produkta izstrādes posmā. Tas samazina izmaksas, kas rodas, atkārtoti un atkal veicot izmaiņas dizainā. Piemēram, uzņēmums, kas ražo sadzīves tehniku, izmanto LPBF tehnoloģiju, lai izgatavotu iesmidzināšanas veidņu blokus gaisa kondicionēšanas korpusiem. Tas samazina tradicionālo 12 procesu 45 dienu ciklu līdz 12 dienām un samazina montāžas kļūdas no 0,1 mm līdz 0,02 mm, kas pagarina veidnes kalpošanas laiku par 200 000 reižu.
2, izplatīti lietošanas gadījumi: no funkcionalitātes uzlabošanas līdz nozares jaunināšanai
1. Elastīga dzesēšanas sistēma ir labākais veids, kā novērst problēmas ar iesmidzināšanu.
Lielāko daļu laika dzesēšanas ūdens kontūra tipiskajās iesmidzināšanas veidnēs ir taisna, tāpēc ir grūti saskaņot izstrādājuma virsmu. Tas izraisa nevienmērīgu dzesēšanu un produkta deformāciju. Ar LPBF tehnoloģiju var izveidot konformālu kanālu, kas lieliski pieguļ objekta formai, kas to vienmērīgi atdzesē. Piemēram:
Automobiļu cauruļvadu veidne: izmantojot programmatūru Cimatron, B&J Specialty izveidoja konformālu dzesēšanas ūdens kontūru, kas pazemināja veidnes temperatūru no 132 līdz 18 grādiem pēc Celsija, samazina produkta saraušanās ātrumu par 67% un palielināja ražu līdz 98%.
Zobārstniecības uzņēmums izgatavo neredzamās ortodontiskās ierīces veidnes, izmantojot μ - LPBF tehnoloģiju, kuras drukas precizitāte ir 2–5 μm. Topoloģijas optimizācijas dizains uzlabo ortodontiskā spēka sadalījuma viendabīgumu par 40% un paaugstina pacienta adaptācijas ātrumu no 85% līdz 98%.
2. Lai novērstu iesprostotās gāzes problēmu, elpojošajai struktūrai un veidnes korpusam ir ideāli jāsakrīt.
Ja gāze veidnes dobumā netiek atbrīvota pietiekami ātri iesmidzināšanas formēšanas procesā, tas var radīt problēmas, tostarp produkta burbuļus un sliktu saplūšanu. Klasiskā metode paredz veidnē ievietot elpojošu tēraudu, taču tā nedarbojas tik labi, ja struktūra ir sarežģīta. LPBF tehnoloģija var drukāt porainus, elpojošus slāņus tieši uz veidnes korpusa. Piemēram:
Veidošanas forma ar gāzi-: konkrēts uzņēmums izmanto LPBF, lai drukātu veidņu serdeņus, izveido porainu slāni ribu plāksnes apakšā un iestrādā ventilācijas stieni ar porainu augšējo slāni. Iesmidzināšanas formēšanas laikā gāze nospiež uz leju ribu plāksni un ventilācijas stieņa augšdaļu. Tas virza produktu uz dobuma virsmu, kas atbrīvojas no iekšējā sprieguma un aptur saraušanās līnijas uz virsmas.
Elektroniskās veidnes ar augstu precizitāti: 3C produktu veidņu ražotājs izgatavo mobilo tālruņu rāmja veidnes, izmantojot LPBF. Veidnēm ir elpojoša struktūra ar 0,04 mm atvērumu izplūdes zonā, kas samazina iesmidzināšanas spiedienu par 30% un pagarina veidnes kalpošanas laiku par 40%.
3. Viegla un funkcionāla integrācija: no "strukturālajiem komponentiem" līdz "inteliģentiem moduļiem" LPBF tehnoloģija atbalsta vieglu dizainu, piemēram, režģa pildījumu un režģa struktūru, un tajā var integrēt funkcionālus moduļus, piemēram, sensorus un sildelementus. 3. Viegla un funkcionāla integrācija: no "strukturālajiem komponentiem" līdz "inteliģentiem moduļiem". Piemēram:
Konkrēts uzņēmums izmanto alumīnija sakausējuma kronšteinu, ko izgatavojis LPBF savam jaunajam enerģijas transportlīdzekļa akumulatoram. Kronšteins ir par 38% vieglāks tā režģa struktūras dēļ un iztur 150% pārslodzes testu, kas palielina diapazonu par 8%.
Viedā veidņu sistēma: medicīnas uzņēmums ievieto temperatūras sensorus LPBF{0}}drukātajās veidnēs, lai tie varētu reāllaikā sekot līdzi dzesēšanas ūdens kontūra temperatūrai. AI algoritmi maina injekcijas parametrus lidojuma laikā, lai padarītu produktu par 50% konsekventāku.
3, Tehnoloģiskās problēmas un nākotnes tendences: no "viena punkta izrāviena" līdz "ekoloģiskai pārstrukturēšanai"
1. Pašreizējās problēmas: materiāli, precizitāte un pēcapstrāde
Daži metāla pulveri, tostarp vara sakausējumi ar spēcīgu siltumvadītspēju, joprojām ir jāoptimizē drukāšanai, lai blīvums un izmaksas būtu līdzsvarotas.
Virsmas kvalitāte un precizitāte: LPBF drukātajām veidnēm nepieciešama precīza CNC apstrāde vai skrotis, lai atbilstu virsmas raupjumam (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Vairāku materiālu integrācija: LPBF tagad atbalsta tikai drukāšanu ar vienu materiālu vienlaikus. Tomēr veidnēm parasti ir vajadzīgas kompozītmateriālu konstrukcijas, kas izgatavotas no dažādiem materiāliem, piemēram, augstas-cietības tērauda un augstas -termiskās vadītspējas{3}}vara.
2. Nākotnes tendences: tehnoloģiju apvienošana un vides pārstrukturēšana
Hibrīdie rīki lietu izgatavošanai: AXIOM tehnoloģija apvieno 3D drukāšanas sprauslas un CNC frēzes, lai nodrošinātu "piedevu subtraktīvu" integrētu apstrādi. Tas samazina darba veikšanai nepieciešamā aprīkojuma izmēru un izdevumus.
Gudra procesa optimizācija: LPBF var paredzēt atlikušo spriegumu un deformāciju reāllaikā, apvienojot termiskās mehāniskās sakabes modeļus ar mašīnmācīšanās metodēm. Piemēram, Autodesk galīgo elementu modelis saglabā titāna sakausējuma turbīnu lāpstiņu radiālās un apkārtmēra stiepes veiktspējas starpību 5% robežās un ļauj tām kalpot par 30% ilgāk.
Zaļā ražošana un aprites ekonomika: LPBF pārstrādā vairāk nekā 85% pulvera, un tas neizdala griešanas šķidrumu, tādējādi tas atbilst zaļās ražošanas noteikumiem, tostarp ES "oglekļa tarifam". Viens uzņēmums samazināja viena veidņu materiālu komplekta izmaksas par 20%, pārstrādājot pulveri, kas vēl nebija izkusis, un to sijājot.