Kādi ir lāzera pulvera kausēšanas (LPBF) pielietojumi veidņu ražošanā?

1. Tehniskais princips: mijiedarbība starp mikrokontroli un makro veidošanu
LPBF tehnoloģijas galvenā sastāvdaļa ir iespēja ļoti precīzi manipulēt ar metāla pulvera gultni. Procesa plūsmā ir trīs posmi:
Pulvera izkliedēšana: Skrāpis vienmērīgi izkliedē metāla pulveri pa formēšanas platformu, veidojot 20–100 μm biezu pulvera slāni. Pulvera blīvumu tieši ietekmē daļiņu lielums. Piemēram, plazmas rotējošo elektrodu metode (PREP) veido Ti-6Al-4V pulveri, kam ir mazs smalkā pulvera daudzums un kas labi plūst. Pulvera blīvums var sasniegt 55–60%, kas ir daudz labāk nekā gāzes izsmidzināšanas (GA) procedūra.
Augstas-enerģijas lāzera stars (100–1000 W) skenē pulvera slāni pa noteiktu ceļu, uzreiz paaugstinot vietējo temperatūru virs kušanas punkta. Tādējādi veidojas izkusis baseins, kas ātri sacietē. Varat mainīt lāzera jaudu (135–500 W), skenēšanas ātrumu (900–2000 mm/s) un slāņa biezumu (30–50 μm), lai iegūtu kausējuma baseinam pareizo izmēru (50–150 μm platums, 10–50 μm dziļums) un dzesēšanas ātrumu (10⁴–10 s). Tas uzlabos mikrostruktūru.
Sakraušana pa slānim: veiciet pulvera izkliedēšanas un kausēšanas ciklu atkal un atkal, līdz iegūstat trīsdimensiju cieto daļu. Šai procedūrai nav vajadzīgas veidnes vai griezējinstrumenti, un tā var izveidot "bezmaksas dizainu". Tas ir īpaši piemērots konstrukcijām, ar kurām ir grūti strādāt, izmantojot standarta metodes, piemēram, dziļi tukšumi, neregulāras formas un plānas sienas.
2. Galvenais ieguvums ir: četru galveno problēmu pārvarēšana, veidojot veidnes vecmodīgā veidā-
Sarežģītu konstrukciju integrēta formēšana
LPBF var izgatavot veidņu daļas, kas jāapstrādā un jāsaliek atsevišķi, izmantojot tradicionālās metodes. Piemēram, viens riepu uzņēmums izmantoja LPBF tehnoloģiju, lai izgatavotu gumijas veidņu blokus. Tādējādi tika samazināts tipiskais process, kura pabeigšana prasīja 12 soļus un 45 dienas, līdz 12 dienām vienam gabalam un dubultoja vairāku detaļu vienlaikus izgatavošanas efektivitāti. Veidnes kalpošanas laiks tika palielināts līdz 200 000 reižu, un montāžas kļūda tika samazināta no 0,1 mm līdz 0,02 mm.
Konformālās dzesēšanas sistēmas uzlabošana
LPBF var izveidot dzesēšanas ūdens kontūru veidnes iekšpusē, kas atbilst izstrādājuma formai, izmantojot topoloģijas optimizācijas dizainu. Pēc konformālas ūdens ķēdes projektēšanas gaisa kondicionēšanas korpusa iesmidzināšanas veidnei noteiktā sadzīves tehnikas uzņēmumā, dzesēšanas efektivitāte palielinājās par 42%, produkta deformācijas ātrums samazinājās par 67%, un viens veidņu komplekts katru gadu ietaupīja vairāk nekā 120 000 juaņu elektroenerģijas izmaksās.
Viegla un funkcionāla integrācija
LPBF palīdz ar vieglu dizainu, tostarp režģa pildījumu un režģu konstrukciju. LPBF izgatavoja akumulatora bloka kronšteinu noteiktam jaunam enerģijas transportlīdzeklim no alumīnija sakausējuma. Tas padara to par 38% vieglāku un iztur 150% pārslodzes testu, kas palielina diapazonu par 8%. Šis paņēmiens var arī apvienot funkcionālos moduļus, piemēram, sensorus un sildelementus, lai "veidņu iekārtas" darbotos kopā.
Ātra iterācija un ražošana, kas ir pielāgota jūsu vajadzībām
LPBF nav nepieciešama veidņu sagatavošana, un, lai mainītu dizainu, ir jāmaina tikai digitālais modelis. Tas samazina laiku, kas nepieciešams pētniecības un izstrādes veikšanai. Medicīnas uzņēmums izmantoja LPBF, lai izgatavotu pielāgotas ortopēdiskās implantu veidnes. Procedūra aizņēma tikai 72 stundas no projektēšanas līdz piegādei, kas bija par 80% ātrāk nekā iepriekšējās metodes. Tas arī ļāva vienlaikus pārbaudīt vairākus risinājumus.
3. Izplatīts lietošanas gadījums ir: no augstākās kvalitātes-ražošanas līdz masveida ražošanai kosmosa jomā
LPBF ir veiksmīgi izmantots, lai izgatavotu veidnes detaļām, kurām jāstrādā augstā temperatūrā un spiedienā, piemēram, dzinēja sadegšanas kamerām un turbīnu radiatoriem. Piemēram, Fraunhofer IGCV Vācijā izmanto LPBF{1}}ražotās raķešu dzinēju demonstrācijas daļas. Augstas -temperatūras iedarbības zona ir izgatavota no vara sakausējuma, lai dzinējs būtu energoefektīvāks, nesošā daļa ir izgatavota no augstas-izturības tērauda, ​​lai padarītu to uzticamāku, un ārējās vara spuras nodrošina gan dzesēšanas, gan atbalsta funkcijas. Šīs detaļas ir par 30% vieglākas un 25% uzticamākas nekā tradicionālie dzinēji.
automašīnu bizness
LPBF ievērojami palielina ražošanas efektivitāti būtisku veidņu, tostarp pres{0}}liešanas veidņu un iesmidzināšanas veidņu ražošanā, optimizējot dzesēšanas ūdens kanālus un izmantojot vieglas konstrukcijas. Magnija sakausējuma liešanas veidne, ko izgatavojis automobiļu detaļu piegādātājs, izmantojot LPBF, kalpo 200 000 ciklu, kas ir trīs reizes ilgāk nekā tradicionālās veidnes. Bufera veidņu rūpnīcā tiek izmantota ātrgaitas pulvera izkliedēšanas tehnoloģija-, lai paātrinātu viena veidņu komplekta izgatavošanu no 18 dienām līdz 11 dienām, tādējādi ietaupot 15% no izmaksām.
Veselības aprūpe un plaša patēriņa elektronika
LPBF ir lieliski piemērots mazu, precīzu veidņu izgatavošanai. Piemēram, noteikta 3C produktu veidņu rūpnīca ražo mobilo tālruņu rāmju veidnes, izmantojot μ-LPBF tehnoloģiju (drukāšanas precizitāte 2–5 μm), ar minimālo elementu izmēru 50 μm un virsmas raupjumu Ra.<0.8 μm, which meets optical grade standards. A dental company uses LPBF to make personalized invisible appliance molds, and by optimizing the design of the topology, it improves the uniformity of orthodontic force distribution by 40% and raises the patient adaptation rate from 85% to 98%.
4. Nozares tendence: tehnoloģiju apvienošana un vides atjaunošana
Struktūru veidošana ar vairākiem materiāliem un gradientiem
LPBF var izgatavot neviendabīgu vai gradientu materiālu veidnes, pārvaldot pulvera padeves sistēmu. Piemēram, kāds konkrēts uzņēmums izgatavoja XY virziena gradienta materiāla veidni, kurā augstas-temperatūras zonā tiek izmantots sakausējums, kura pamatā ir niķelis-, lai padarītu to karstumizturīgu-, un vara sakausējumu dzesēšanas zonā, lai tā labāk vadītu siltumu. Mehāniskās un termiskās īpašības nodrošina nevainojamu pāreju, un efektivitāte ir par 50% augstāka nekā standarta daudzslāņu kompozītmateriālu veidnēm.
Gudra procesu uzlabošana un kļūdu pārvaldība
LPBF var paredzēt atlikušo spriegumu un deformāciju reāllaikā, izmantojot gan termiski mehāniskās sakabes modeļus, gan mašīnmācīšanās metodes. Piemēram, Autodesk galīgo elementu modelis modelē temperatūras un sprieguma laukus, kas rodas lāzerskenēšanas laikā. Tas saglabā titāna sakausējuma turbīnu lāpstiņu radiālās un apkārtmēra stiepes veiktspējas atšķirības zem 5% un pagarina to noguruma kalpošanas laiku par 30%.
Zaļā ražošana un aprites ekonomika
LPBF materiāla izmantošanas līmenis ir 90%, kas ir par 40 procentpunktiem lielāks nekā standarta atņemšanas ražošana. Viens uzņēmums ir paaugstinājis pulvera pārstrādes līmeni līdz 85% un samazinājis viena veidņu materiālu komplekta izmaksas par 20%, atkārtoti izmantojot pulveri, kas nav izkusis, un to sijājot. LPBF atbilst arī zaļās ražošanas noteikumiem, piemēram, ES "oglekļa tarifam", jo tas neizdala griešanas šķidrumu un patērē ļoti maz enerģijas.