Ako môže kovová 3D tlač pomôcť pri výrobe presných foriem?

1. Sloboda dizajnu: Prekonanie geometrických limitov tradičnej výroby
Pridávaním vrstiev namiesto ich odoberania, kovová 3D tlač úplne mení logiku „subtraktívneho spracovania“ v tradičnej výrobe foriem. Táto technologická vlastnosť umožňuje konštruktérom foriem dostať sa nad limity tradičných metód na komplikovaných štruktúrach a umožňuje nasledujúce nové použitia:
Návrh vodného kanála, ktorý zodpovedá tvaru objektu
Rovné otvory alebo zakrivené vodné kanály sú bežné v tradičných chladiacich systémoch foriem. Ťažko sa zhodujú s komplikovanými tvarmi výrobku, čo vedie k nerovnomernému chladeniu a deformácii výrobku. Kovová 3D tlač dokáže okamžite vybudovať sieť 3D prietokových kanálov, ktorá veľmi dobre priľne k povrchu produktu. Vďaka tomu je chladenie o viac ako 40 % efektívnejšie. Napríklad nová spoločnosť vyrábajúca energetické vozidlá používa 3D-vytlačené formy na odlievanie batériových blokov-a optimalizuje dizajn konformných vodných kanálov, aby skrátil cyklus vstrekovania zo 120 sekúnd na 75 sekúnd, zvýšil výťažnosť produktu z 85 % na 99,5 % a predĺžil životnosť formy na viac ako 100-krát, čo je 3000-krát.
Nasadenie ľahkej konštrukcie
Kovová 3D tlač môže znížiť hmotnosť o 30% až 50% a zároveň vytvárať silné formy pomocou biomimetických dizajnov, ako sú mriežkové štruktúry a duté mriežky. Špecifická forma na kotúčovú turbínu leteckého motora využíva mriežkovú štruktúru z titánovej zliatiny, ktorá znižuje hmotnosť o 42 % pri zachovaní schopnosti odolávať vysokým teplotám. To výrazne znižuje náklady na prepravu a spracovanie energie.
Integrované lisovanie dielov s mnohými funkciami
V tradičných formách sa časti ako horúce dýzy a izolačné mezóny musia zložiť v niekoľkých krokoch, čo môže ľahko viesť k chybám. Kovová 3D tlač dokáže vytlačiť celú štruktúru horúcej trysky jedným ťahom, čím sa zbaví medzier medzi sekciami a stane sa stabilnejšou pri vysokých teplotách. Istá spoločnosť použila 3D tlač na výrobu dutých šesťhranných mriežkových izolačných mezónov. Tým sa znížila spotreba energie systému horúcich vtokov o 25 % a tepelná deformácia formy o 60 %.
2. Integrácia funkcií: Od jednoduchého tvarovania až po optimalizáciu celého procesu
Kovová 3D tlač nielenže mení dizajn tiel foriem, ale podporuje aj celý proces výroby foriem, aby prichádzal s novými nápadmi prostredníctvom funkčnej integrácie:
Lisovanie s viac ako jedným materiálom
Pomocou technológie laserového plátovania je možné kombinovať rôzne materiály, ako je kov keramika a kovový plast v jednej forme. Istá spoločnosť vyrobila „kovovú keramickú kompozitnú formu“ 3D tlačou keramickej vrstvy s vysokou-tvrdosťou na vysokopevnostný kovový podklad-. Vďaka tomu je forma trikrát odolnejšia voči opotrebovaniu a predlžuje jej životnosť na viac ako 150 000-krát, čo je ideálne na výrobu presných konštrukčných komponentov v spotrebnej elektronike, ktoré je potrebné vyrobiť rýchlo.
Vstavaný sofistikovaný senzorový systém
Pomocou 3D tlače môžete do formy okamžite vložiť snímače teploty a tlaku, čím vznikne monitorovací systém „digitálneho dvojčaťa“. Istá forma na nárazníky auta má zabudované-snímače s optickými mriežkami, ktoré sledujú distribúciu teplotného poľa v dutine formy v reálnom čase. Používa tiež algoritmy AI na zmenu parametrov chladenia za chodu, čo udržuje veľkosť produktu s presnosťou ± 0,02 mm a forma vydrží na viac ako 200 000 použití.
Rýchla oprava a renovácia: Technológia priameho nanášania energie (DED) dokáže opraviť opotrebované formy na jednom mieste, čím sa vráti pôvodná presnosť rozmerov. Jedna letecká spoločnosť využíva technológiu laserového opláštenia na opravu foriem-odlievania z hliníkovej zliatiny. Opravná vrstva priľne k podkladu silou 450MPa a náklady na opravu sú len 30% nákladov na výrobu nových foriem. Oprava bude trvať viac ako 90% pôvodnej životnosti.
3. Z „použiteľného“ na „vysoký-výkon“ sa materiálový výkon zlepšil.
Hlavná vec, ktorá ovplyvňuje životnosť formy, je to, ako dobre materiál funguje. Kovová 3D tlač zlepšuje kvalitu materiálov foriem veľkým spôsobom pomocou nasledujúcich technológií:
Vytvorenie systému špecializovaných materiálov
V reakcii na potreby prevádzkových podmienok foriem začali spoločnosti v Číne a na celom svete vyrábať množstvo špecifických práškových materiálov:
Formová oceľ ESU-H13: Zlepšením distribúcie karbidov sa životnosť foriem-na tlakové liatie zvýšila z 30 000-krát pri štandardných technikách na 60 000-krát. Používa sa na výrobu rámov pre mobilné telefóny radu Huawei Mate.
Oceľ CX Ultra High Strength Steel: Má pevnosť v ťahu 1700 MPa a používa sa na výrobu foriem pre telesá valcov automobilových motorov Bosch. Tieto formy vydržia viac ako 80 000 cyklov, čo je o 40 % dlhšie ako typická oceľ S136.
Hliníková zliatina Al250C: Vydrží viac ako 5000 hodín pri 250 stupňoch a je 50-krát lepšia ako hliníková zliatina Scalmalloy. Často sa používa v konštrukčných komponentoch letectva.
Nové nápady pre proces tepelného spracovania
Vytvorte špecifickú metódu tepelného spracovania, ktorá funguje so spôsobom, akým 3D tlač spája vrstvy:
Odstupňované kalenie a kryogénne spracovanie: Forma z martenzitickej ocele 1.2709 je veľmi tvrdá, s tvrdosťou 52HRC a rázovou húževnatosťou CVN 10J. Vďaka tomu je dostatočne silný na to, aby zvládol obrovský stres, ktorý budúce energetické vozidlá potrebujú.
Izostatické lisovanie za horúca (HIP): Spracovanie pri 1200 stupňoch /150 MPa zbaví vnútorné póry v 3D tlačených formách. Vďaka tomu vydržia o 200 % dlhšie a dosahujú 95 % životnosti typických techník kovania.
Kombinácia technológie spevnenia povrchu
Nadzvukové otryskávanie generuje 300 μm hrubú vrstvu tlakového napätia na povrchu formy. Vďaka tomu vydrží špecifická kovacia zápustka o 20 000 až 50 000 cyklov dlhšie.
Chemické nanášanie pár (CVD): Tento proces pridáva na povrch dutiny formy diamantový povlak s hrúbkou 0,05 mm, aby bol 10-krát odolnejší voči opotrebovaniu. Vyrábajú sa z neho formy na balenie polovodičov.
4. Využitie v biznise a trendy do budúcnosti
V automobilovom, leteckom a elektronickom priemysle sa vo veľkom využíva technológia 3D tlače kovov.
V automobilovom priemysle spoločnosť Broadcom Precision vyrobila 3D vytlačenú integrovanú formu na odlievanie-pre Teslu, ktorá znížila počet kusov zadnej podlahy zo 171 na 1, zefektívnila výrobu o 40 % a poskytla forme 150 000-krát životnosť.
Relativity Space vyrába 3D tlačené formy trysiek zo zliatiny medi v leteckom priemysle pomocou zariadenia EOS M400. Tieto formy využívajú technológiu zeleného lasera na vyriešenie problému príliš reflexných medených materiálov. Životnosť spĺňa kritérium projektu SpaceX Starship, ktorým je výroba jednej jednotky každý týždeň.
Spoločnosť Xiaomi Technology sa spojila so spoločnosťou Yisu Laser a vytvorila-odlievacie formy pre rámy mobilných telefónov z materiálu ESU-H13. Tieto formy vydržia 120 000 cyklov a môžu podporiť prepravu viac ako 50 miliónov kusov série Xiaomi 14 ročne.
V budúcnosti sa kovová 3D tlač zmení týmito spôsobmi:
Integrácia viacerých materiálov a procesov: Spoločné použitie technológie vstrekovania spojiva (BJ) a práškového tavenia (PBF) na rýchlu a lacnú výrobu veľkých foriem.
Inteligentný dizajn-riadený AI: Generatívne návrhové algoritmy automaticky optimalizujú štruktúru formy, čo znamená, že je použitých viac ako 90 % materiálu.
Budovanie ekologického výrobného systému: Používanie recyklovateľných práškových materiálov a uzavretého{0}}cyklu výrobného systému, ktorý znižuje emisie uhlíka o 50 % počas celého výrobného procesu, je v súlade s potrebami obehového hospodárstva.