Ako môže kovová 3D tlač dosiahnuť vysoko{1}}presné tvarovanie foriem?

一, Technický princíp: od mikrotavenia po makro presnosť, presné ovládanie
Hlavnou myšlienkou kovovej 3D tlače je tavenie kovového prášku vrstvu po vrstve pomocou vysokoenergetických zdrojov tepla. To umožňuje prejsť od digitálnych modelov priamo k skutočným dielom. Napríklad procesný tok pre technológiu laserového selektívneho tavenia (SLM) má štyri hlavné kroky:
Nanášanie prášku: Obojsmerný škrabací mechanizmus rozprestiera kovový prášok rovnomerne po pracovnom stole. Hrúbku povlaku je možné regulovať veľmi presne, medzi 5 a 50 μm, čo poskytuje základ pre presnosť na mikrometroch-.
Laserové skenovanie: Šošovka f{0}}theta zaostruje lúč vysokej{1}}energie z 200W vláknového lasera a vytvára bod s priemerom menším ako 100 μm. Prášok sa taví pozdĺž vopred definovanej dráhy rýchlosťou 3000 mm/s a šírka roztaveného kúpeľa je približne dvakrát až trikrát väčšia ako priemer miesta.
Skladanie vrstvy po vrstve: Po roztavení každej vrstvy sa pracovný stôl zníži o výšku jednej vrstvy a proces tavenia ukladania prášku sa opakuje, kým sa vrstvením vrstiev nedosiahne trojrozmerná tvorba pevnej látky.
Ovládajte atmosféru: Formovaciu komoru udržujte naplnenú inertným plynom, ktorý má menej ako 0,1 % kyslíka. Tým sa zabráni oxidácii kovu a udrží sa stabilný výkon materiálu.
Tento spôsob tavenia vrstvy po vrstve umožňuje vytvárať vo forme zložité tvary, s ktorými sa ťažko pracuje tradičnými metódami. Napríklad zariadenie Platinum BLT-S400 dokáže ovládať minimálnu veľkosť prvku s presnosťou 100 μm a drsnosť pôvodného povrchu Ra s presnosťou 8 μm pre veľkosť výlisku 400 × 300 × 400 mm ³ prostredníctvom multi-laserového kolaboratívneho skenovania. To poskytuje hardvérovú podporu pre výrobu foriem s veľmi vysokou presnosťou.
2, Štyri hlavné spôsoby, ako zlepšiť presnosť pomocou technológie
1. Flexibilný chladiaci kanál, ktorý prechádza od rovnomerného šírenia tepla k presnému riadeniu teploty
Typický systém chladenia foriem využíva priame otvory alebo technológie vŕtania a usporiadanie okruhu chladiacej vody je obmedzené. To môže ľahko spôsobiť, že forma bude mať nerovnomerné rozloženie teploty, čo môže viesť k problémom, ako je deformácia produktu a zmršťovanie. Technológia kovovej 3D tlače túto bariéru prekonala. S dizajnom optimalizácie topológie je možné vo vnútri formy vytvoriť konformný chladiaci kanál, ktorý dokonale zapadá do tvaru dutiny formy.
Technológia Platinum využíva formovaciu oceľ BLT-18Ni300 a 3D tlač na vytvorenie kanála chladiacej vody s priemerom 2 až 3 mm a rozstupom kanála na vodu 5 až 8 mm. To umožňuje chladiacej kvapaline priamo pôsobiť na oblasti s vysokou teplotou. Experimentálne údaje naznačujú, že vylepšený chladiaci systém môže znížiť teplotný rozdiel povrchu formy z 15-20 stupňov pri konvenčných postupoch pod 5 stupňov, znížiť cyklus vstrekovania o 15% -30% a zvýšiť výťažnosť produktu o viac ako 10%.
2. Ľahká štruktúra: od odoberania materiálu až po zlepšenie štruktúry
Pri výrobe foriem starým-spôsobom sa nadbytočné materiály odstraňujú mechanickým spracovaním. To stojí zdroje a sťažuje vytváranie zložitých vnútorných štruktúr. Pomocou metód optimalizácie topológie môže kovová 3D tlač presne odstrániť prvky, ktoré nie sú potrebné, a zároveň zachovať pevnosť formy, čo vedie k ľahkému dizajnu.
Napríklad po použití technológie 3D tlače na výrobu formy pre automobilový diel sa hmotnosť znížila o 35 % a náklady na materiály sa znížili o 28 %. Ľahká konštrukcia zároveň znižuje hmotnosť formy, skracuje čas potrebný na výmenu formy o 40 % a výrazne zvyšuje efektivitu výroby. Vyplnením -nenosných- sekcií mriežkovými štruktúrami možno ďalej znížiť hmotnosť bez straty tuhosti. Ide o nový spôsob, ako odľahčiť formy.
3. Integrácia komplexných funkcií: Od jednej štruktúry k mnohým funkciám
Kovová 3D tlač má vrstvené výrobné prvky, ktoré umožňujú kombinovať niekoľko funkčných štruktúr do foriem. Napríklad pri vstrekovacích formách je možné ejektorový mechanizmus, posúvač, okruh chladiacej vody a ďalšie časti spojiť do jednej časti, čím sa zjednoduší montáž a zníži sa pravdepodobnosť, že sa pokazia. V scenári lekárskej formy vytvorila 3D tlač formu, ktorá predtým potrebovala 12 častí, aby sa dala poskladať len na 2 časti. Tým sa skrátil čas potrebný na zostavenie formy z 8 hodín na 1,5 hodiny a rozmerová tolerancia bola zachovaná v rozmedzí ± 0,02 mm.
4. Inovácie v materiáloch: Od univerzálnych zliatin po materiály na mieru
Kovová 3D tlač môže pracovať so širokou škálou materiálov vrátane nehrdzavejúcej ocele, zliatin hliníka, zliatin titánu a zliatin na báze niklu-. Môže tiež zmeniť vlastnosti materiálov zmenou zloženia prášku. Napríklad v leteckom priemysle formy vyrobené z Inconel 718, zliatiny na báze niklu-, môžu zostať pevné a odolávať korózii aj pri teplotách až 650 stupňov , čo je to, čo je potrebné pre veľmi náročné pracovné podmienky. V oblasti medicíny môže spravovanie pórovitosti (30–70 % premenlivá) a veľkosti pórov (200–600 μm) zliatin titánu pomôcť implantátom a ľudským kostiam lepšie spolupracovať, vďaka čomu môže byť operácia úspešnejšia.
3, Technológia pre následné{1}}spracovanie: od hrubého formovania po dokonalú presnosť
Aj keď pôvodná presnosť tvarovania kovovej 3D tlače je na mikrometrovej úrovni, stále je potrebné pridať technológiu post{1}}spracovania, aby sa splnili prísne normy kvality povrchu formy, rozmerovej presnosti a ďalších vecí.
Tepelné spracovanie je postup, ktorý sa zbavuje zvyškového napätia a zlepšuje mikroštruktúru materiálov. Niektoré príklady sú rozpúšťacie žíhanie a úprava starnutím. Napríklad tvrdosť nástrojovej ocele H13 sa môže pohybovať od 38HRC do 52HRC po spracovaní v roztoku pri 1050 stupňoch a starnutí pri 620 stupňoch. Jeho odolnosť proti opotrebeniu sa tiež výrazne zlepšuje.
Povrchová úprava: Na zlepšenie povrchu sa používa pieskovanie, leštenie, galvanické pokovovanie a iné metódy. Mechanickým leštením sa drsnosť povrchu určitého presného puzdra formy znížila z Ra8 μm na Ra0,4 μm. Toto spĺňalo štandardy vstrekovania pre produkty optickej kvality.
Presné obrábanie: CNC frézovanie alebo EDM obrábanie dôležitých položiek s prísnymi rozmerovými toleranciami. Napríklad určitá forma konektora sa vyrába pomocou 3D tlače aj CNC kompozitnej výroby a medzera medzi spojmi sa udržiava v rozmedzí 0,005 mm, čo je najvyššia úroveň na svete.