Prečo je optimalizácia chladiaceho systému formy vhodná pre kovovú 3D tlač?

一, Konštrukčný problém so štandardnými chladiacimi systémami: prechod od „priameho vŕtania“ k „tepelnej nerovnováhe“.
Klasický spôsob chladenia foriem využíva techniku ​​krížového vŕtania obrábacích strojov a okruh chladiacej vody je zvyčajne rovný alebo prerušovaný. Tento dizajn má tri hlavné problémy:
Priamy kanál nezodpovedá zložitému zakrivenému povrchu dutiny formy, čo spôsobuje, že chladiace vzdialenosti sú nerovnomerné. Napríklad, keď forma na nárazníky auta využíva typický kanál, teplotný rozdiel na povrchu jadra presahuje 45 stupňov, čas lokálneho chladenia sa predlžuje o 30 % a miera deformácie produktu je až 8 %.
Koncentrácia tepelného napätia: Jadro formy sa nerovnomerne ochladzuje, čo spôsobuje teplotné rozdiely, ktoré prispievajú k vzniku trhlín z tepelnej únavy. Po roku 2000 po sebe idúcich výrobe sa istej-lejacej forme zlomilo jadro, pretože sa na jednom mieste príliš zahriala. Náklady na údržbu boli 35% z celkovej ceny formy.
Veľa plytvaného materiálu: Pri tradičnom remesle musí byť vyčlenená plocha na spracovanie vodných tokov a formy musia byť vyrobené oddelene, než sa dajú dokopy. Keď daná forma na čepeľ leteckého motora využíva tradičnú technológiu, rýchlosť rezania materiálu sa zvýši až na 72 %. Ak sa vyskytnú chyby pri montáži, pravdepodobnosť zablokovania okruhu chladiacej vody sa zvýši o 20 %.
2, technológia kovovej 3D tlače urobila veľký krok vpred: od „pasívnej adaptácie“ k „aktívnemu dizajnu“
Procesy tavenia a stohovania vrstva po vrstve v kovovej 3D tlači úplne menia spôsob, akým sú navrhnuté tradičné chladiace systémy. Jeho hlavné výhody sa prejavujú nasledujúcimi spôsobmi:
1. Flexibilný okruh chladiacej vody, ktorý vám umožňuje veľmi presne nastaviť teplotné pole
Kovová 3D tlač dokáže vytvoriť konformný okruh chladiacej vody, ktorý dokonale zapadá do tvaru dutiny formy. Kónický špirálový konformný kanál, ktorý spoločnosť Bastech postavila pre priemyselnú montáž, bola vylepšená softvérom Cimatron. Povrchová plocha vodnej cesty sa zväčšila z 24,2 štvorcových palcov na 52,2 štvorcových palcov a účinnosť chladenia sa zvýšila o 116 %. Skutočné výsledky testov ukazujú, že čas chladenia formy sa skrátil z 10,5 sekundy na 7,5 sekundy, doba cyklu sa skrátila o 14 % a miera zmetkovitosti produktu sa znížila z 5,2 % na 0,8 %.
2. Štruktúra optimalizácie topológie: riešenie konfliktu medzi "silou materiálu"
Aby boli pevné, tradičné formy potrebujú masívne štruktúry. Kovová 3D tlač na druhej strane dokáže vytvoriť ľahké interiérové ​​konštrukcie pomocou optimalizácie topológie. Napríklad nová forma pre batériový box elektrického vozidla má mriežkovú štruktúru, ktorá znižuje hmotnosť o 42 % pri zachovaní rovnakej pevnosti. Pridáva tiež o 60 % viac priestoru pre okruh chladiacej vody a skracuje cyklus vstrekovania o 25 %.
3. Multi-kompozitná tlač: umožňuje „funkčné gradientné chladenie“.
Pokročilé kovové 3D tlačové stroje dokážu nanášať rôzne materiály v gradiente. Napríklad forma na lopatku turbíny leteckého motora využíva kompozitnú štruktúru „povrch zliatiny medi s vysokou tepelnou vodivosťou + jadro z vysokopevnostnej zliatiny titánu“. Vďaka tomu je povrchová teplota formy o 30 % rovnomernejšia a vydrží 2,3-krát dlhšie ako tradičné procesy.
3, Analýza nákladov-prínosu: od „vysokej jednotkovej ceny“ po „výhodu počas celého životného cyklu“
Aj keď sú kovové zariadenia a materiály na 3D tlač drahé, výhoda nákladov na celý životný cyklus je značná v situáciách, keď potrebujete vyrobiť malý počet položiek s vysokou -hodnotou-:
1. Náklady na materiály: od „70 % odpadu“ po „95 % využitie“
Na výrobu formy je zvyčajne potrebných 60 až 75 % materiálu, zatiaľ čo kovová 3D tlač využíva viac ako 95 % materiálu. Napríklad na výrobu formy pre lekársky implantát pomocou tradičných metód je potrebných 12 kg polotovarov zo zliatiny titánu, zatiaľ čo 3D tlač potrebuje iba 1,8 kg prášku, čo ušetrí 85 % na materiáloch.
2. Náklady na spracovanie: od „viac{1}}procesnej spolupráce“ po „integráciu jedného zariadenia“.
Výroba tradičnej formy si vyžaduje 12 krokov, ako je CNC frézovanie, obrábanie elektrickým výbojom a rezanie drôtom. Celý proces môže trvať 4-6 týždňov. Jediný stroj dokáže priamo 3D tlačiť kov a s trochou presného obrábania môže získať drsnosť povrchu Ra0,8 μm. Skutočné testy spoločnosti Bastech odhaľujú, že 3D tlačené formy potrebujú o 80 % menej času na programovanie a výrobu ako tradičné metódy a náklady na spracovanie jedného kusu sú o 40 % nižšie.
3. Skryté náklady: od „kompromisu dizajnu“ po „rýchle opakovanie“
Otvorenie tradičnej formy stojí veľa a ak chcete zmeniť dizajn, budete musieť vyrobiť novú, ktorá stojí 30 % až 50 % pôvodnej ceny. Kovová 3D tlač uľahčuje rýchlu premenu počítačových modelov na skutočné formy. Prostredníctvom 3D tlače skrátil podnik so spotrebnou elektronikou čas potrebný na vykonanie zmien v produkte z troch mesiacov na dva týždne. To im umožňuje využiť trhové príležitosti a zároveň ušetriť 6 miliónov juanov na výdavkoch na pokusy a omyly.
4. Priemyselná ekologická rekonštrukcia: prechod od „technologickej substitúcie“ k „vylepšeniu paradigmy“
Kovová 3D tlač mení odvetvie foriem tým, že spája integráciu „služieb výroby dizajnu“:
Spolupráca v softvérovom ekosystéme: Cimatron, Moldex3D a ďalšie nástroje umožňujú plne digitalizovať proces „generovania tlačovej cesty optimalizácie simulácie chladenia“. Napríklad spoločnosť B&J Specialty pomocou modelovania Moldex3D zistila, že štandardné formy majú teplotný rozsah 132 stupňov, ale 3D-vytlačené konformné kanály udržujú teplotný rozsah 18 stupňov .
3D Systems, Platinum Technology a ďalšie spoločnosti vyrobili špeciálne prášky, ako je martenzitická starnúca oceľ a formovacia oceľ 18Ni300. Tieto nové materiály majú o 20 % vyššiu tepelnú vodivosť a 3-krát vyššiu odolnosť proti únave ako tradičné materiály.
Aktualizácia modelu služby: Namiesto predaja „hardvéru“ teraz výrobcovia zariadení predávajú „výstup riešenia“. Spoločnosť Bolite začala ponúkať riešenie, ktoré kombinuje „databázu zariadení, materiálov a procesov“. Cena vlastného prášku z titánovej zliatiny klesla od roku 2020 o 50 % a platforma internetu vecí umožnila varovať pred poruchami zariadení, čo zvýšilo percento výnosov zo služieb na 30 %.