Aké sú aplikácie laserového tavenia prášku (LPBF) pri výrobe foriem?

1. Technický princíp: interakcia medzi mikroriadením a makrotvarovaním
Hlavnou súčasťou technológie LPBF je veľmi presná manipulácia s kovovým práškovým lôžkom. V toku procesu sú tri kroky:
Nanášanie prášku: Škrabka rovnomerne rozprestiera kovový prášok po formovacej platforme, čím sa vytvorí vrstva prášku s hrúbkou 20–100 μm. Hustota prášku je priamo ovplyvnená veľkosťou častíc. Napríklad metóda plazmovej rotačnej elektródy (PREP) vyrába prášok Ti-6Al-4V, ktorý má malé množstvo jemného prášku a dobre tečie. Hustota prášku môže dosiahnuť 55% až 60%, čo je oveľa lepšie ako postup plynovej atomizácie (GA).
Laserový lúč s vysokou{0}}energiou (100 – 1 000 W) skenuje vrstvu prášku po určenej dráhe, čím okamžite zvýši miestnu teplotu nad bod topenia. Vznikne tak roztavený bazén, ktorý rýchlo tuhne. Môžete zmeniť výkon lasera (135 – 500 W), rýchlosť skenovania (900 – 2 000 mm/s) a hrúbku vrstvy (30 – 50 μm), aby ste získali správnu veľkosť pre bazén taveniny (šírka 50 – 150 μm, hĺbka 10 – 50 μm) a rýchlosť chladenia (10 ⁴ – 10 ⁶ K/s). Tým sa zlepší mikroštruktúra.
Vrstva po vrstve: Vykonajte cyklus roztierania a tavenia prášku znova a znova, kým nezískate trojrozmernú pevnú časť. Tento postup nepotrebuje formy ani rezné nástroje a môže vytvoriť „voľný dizajn“. Je to obzvlášť dobré pre konštrukcie, s ktorými sa ťažko pracuje pomocou štandardných metód, ako sú hlboké dutiny, nepravidelné tvary a tenké steny.
2. Hlavnou výhodou je: Prekonanie štyroch hlavných problémov pri výrobe foriem starým-spôsobom
Integrované tvarovanie zložitých štruktúr
LPBF môže vyrábať časti formy, ktoré je potrebné spracovať a zostaviť oddelene pomocou tradičných metód. Napríklad jeden podnik v oblasti pneumatík používal technológiu LPBF na výrobu blokov so vzorom gumy. Tým sa skrátil typický proces, ktorý trval 12 krokov a 45 dní na dokončenie, na 12 dní pre jeden kus a zdvojnásobila sa efektivita výroby viacerých dielov naraz. Životnosť formy sa zlepšila na 200 000-krát a chyba pri montáži sa znížila z 0,1 mm na 0,02 mm.
Zlepšenie konformného chladiaceho systému
LPBF môže vytvoriť okruh chladiacej vody vo vnútri formy, ktorý zodpovedá tvaru produktu pomocou návrhu optimalizácie topológie. Po navrhnutí konformného vodného okruhu pre vstrekovaciu formu plášťa klimatizácie v istej spoločnosti zaoberajúcej sa domácimi spotrebičmi sa účinnosť chladenia zvýšila o 42 %, miera deformácie produktu klesla o 67 % a jedna sada foriem ušetrila každý rok viac ako 120 000 juanov na nákladoch na elektrinu.
Ľahká a funkčná integrácia
LPBF pomáha s ľahkým dizajnom, vrátane výplne mriežky a konštrukcie mriežky. LPBF vyrobil držiak batérie pre určité nové energetické vozidlo z hliníkovej zliatiny. Vďaka tomu je o 38 % ľahší a prejde testom preťaženia na 150 %, čo zvyšuje dojazd o 8 %. Táto technika môže tiež kombinovať funkčné moduly, ako sú senzory a vykurovacie prvky, aby „zariadenia na formy“ spolupracovali.
Rýchla iterácia a výroba, ktorá je prispôsobená vašim potrebám
LPBF nepotrebuje prípravu formy a zmena dizajnu vyžaduje iba zmenu digitálneho modelu. Tým sa skracuje čas potrebný na výskum a vývoj. Lekárska spoločnosť použila LPBF na výrobu ortopedických foriem na implantáty na mieru. Procedúra trvala od návrhu po dodanie len 72 hodín, čo bolo o 80 % rýchlejšie ako predchádzajúce metódy. Umožnilo tiež overenie viacerých riešení súčasne.
3. Bežný prípad použitia je: Od špičkovej-výroby po masovú výrobu v oblasti letectva a kozmonautiky
LPBF sa úspešne používa na výrobu foriem pre diely, ktoré potrebujú pracovať pri vysokých teplotách a tlakoch, ako sú spaľovacie komory motora a radiátory turbín. Napríklad Fraunhofer IGCV v Nemecku používa demonštračné diely raketových motorov-vyrobené LPBF. Oblasť vystavenia vysokým-teplotám je vyrobená zo zliatiny medi, aby bol motor energeticky efektívnejší, nosná-časť je vyrobená z-vysokopevnej ocele, aby bol spoľahlivejší, a vonkajšie medené rebrá slúžia na chladenie aj podporné funkcie. Tieto diely sú o 30 % ľahšie a o 25 % spoľahlivejšie ako tradičné motory.
automobilový biznis
LPBF výrazne zvyšuje efektivitu výroby pri výrobe základných foriem vrátane foriem-na tlakové liatie a vstrekovacích foriem optimalizáciou kanálov chladiacej vody a používaním ľahkých konštrukcií. Forma na odlievanie-z horčíkovej zliatiny od dodávateľa automobilových dielov pomocou LPBF vydrží 200 000 cyklov, čo je trikrát dlhšie ako tradičné formy. Továreň na výrobu foriem na nárazníky využíva technológiu vysokorýchlostného nanášania prášku- na urýchlenie procesu výroby jednej sady foriem z 18 dní na 11 dní, čím sa ušetrí 15 % nákladov.
Zdravotníctvo a spotrebná elektronika
LPBF je skvelý na výrobu malých, presných foriem. Napríklad istá továreň na výrobu výrobkov 3C vyrába formy rámov mobilných telefónov pomocou technológie μ-LPBF (presnosť tlače 2–5 μm), s minimálnou veľkosťou prvku 50 μm a drsnosťou povrchu 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. Priemyselný trend: Kombinácia technológií a prestavby životného prostredia
Vytváranie štruktúr s viacerými materiálmi a gradientmi
LPBF môže vyrábať formy z heterogénnych alebo gradientných materiálov riadením systému dodávky prášku. Napríklad konkrétna spoločnosť vyrobila formu z materiálu s gradientom v smere XY, ktorá využíva zliatinu na báze niklu-v zóne vysokej-teploty, aby bola odolná voči teplu-, a zliatinu medi v zóne chladenia, aby lepšie viedla teplo. Mechanické a tepelné vlastnosti umožňujú bezproblémový prechod a účinnosť je o 50 % vyššia ako u štandardných viacvrstvových kompozitných foriem.
Inteligentné zlepšovanie procesov a riadenie porúch
LPBF dokáže predpovedať zvyškové napätie a deformáciu v reálnom čase pomocou modelov tepelných mechanických väzieb a metód strojového učenia. Napríklad model konečných prvkov Autodesku modeluje teplotné a napäťové polia, ktoré sa vyskytujú počas laserového skenovania. Udržuje rozdiely v radiálnom a obvodovom ťahu turbínových lopatiek z titánovej zliatiny pod 5 % a predlžuje ich únavovú životnosť o 30 %.
Zelená výroba a obehové hospodárstvo
Materiál LPBF má mieru využitia 90 %, čo je o 40 percentuálnych bodov viac ako pri štandardnej subtraktívnej výrobe. Jedna spoločnosť zvýšila mieru recyklácie prášku na 85 % a znížila náklady na jednu sadu materiálov na formy o 20 % opätovným použitím prášku, ktorý sa neroztopil, a jeho preosievaním. LPBF tiež spĺňa predpisy o ekologickej výrobe, ako je „uhlíková tarifa“ EÚ, pretože neuvoľňuje žiadnu reznú kvapalinu a spotrebuje veľmi málo energie.