Kas metallist 3D-printimine võib toota stantsimisvorme?

1. Tehniline teostatavus: hüpe "kontseptsiooni kontrollimiselt" "skaalarakendusele".
Metallist 3D-printimise peamine eelis on see, et see võimaldab "vaba disaini" ja "kiiret tootmist". Kasutades selliseid meetodeid nagu selektiivne lasersulatus (SLM) ja elektronkiirega sulatamine (EBM), saab keeruliste geomeetriliste kujunduste tegemiseks metallipulbreid üksteise peale kuhjata. See ületab vormide standardse töötlemise piire.
Oskus teha keerulisi struktuure
Traditsiooniliste stantsimisvormide valmistamiseks tuleb jahutusvee kanaleid töödelda selliste meetoditega nagu freesimine ja puurimine. Keeruliste õõnsuste ja ebaühtlaste veekanalite loomine võib aga olla keeruline, kuna töötlemisinstrumentidele on raske ligi pääseda. Näiteks peab automootori silindripea stantsimisvormi jahutusveeahel olema tihedalt seotud vormiõõnsuse pinnaga, et soojust ühtlaselt jaotada. Traditsioonilised meetodid muudavad mittelineaarse veeahela paigutuse-raskeks. Ja metallist 3D-printimine võib otseselt luua ebakorrapäraseid veeteid, näiteks spiraalseid ja biomimeetilisi puuoksi. See muudab jahutamise üle 30% tõhusamaks ja kiirendab vormimisprotsessi. Tuntud autofirma-kasutab mootori silindripeade stantsimisvormide valmistamiseks 3D-printimist. See vähendab nende valmistamiseks kuluvat aega kahelt kuult kahele nädalale ja muudab vormide kasutusiga üle 100 000 korra kauemaks.
Suur samm edasi materjalide toimimises
Metallist 3D-printimine suudab nüüd järjekindlalt vormida ülitugevaid metalle. Näiteks H13 tööriistateras võib pärast 3D-printimist ja kuumtöötlemist saavutada kõvaduse HRC 50-55 ja löögitugevuse 22J. See vastab survevaluvormide{11}vajadustele nii kulumis- kui ka pragunemiskindluse osas. Broadcom Precision kasutab Huashu High Techi FS273M-seeria seadmeid survevaluvormide trükkimiseks. Need lisad on stabiilse suurusega isegi pärast 50 000 tembeldamistsüklit ja saagis on 100%. Lisaks muudab suure jõudlusega materjalide, nagu titaanisulamid ja niklisulamid,{20}}kasutamine 3D-prinditud vormid piisavalt tugevaks, et tulla toime rasketes tingimustes, nagu kõrge temperatuur ja kõrge rõhk.
Innovatsioon protsesside integreerimisel
Tasakaalu leidmiseks kulude ja tõhususe vahel on tööstus vaadanud hübriidtootmise lähenemisviisi, mis ühendab "3D-printimise ja traditsioonilise töötlemise". Mehaanikateaduste teadusuuringute üldinstituudi Haixi filiaal leidis kuuma stantsimisvormide valmistamise viisi. Esiteks freesisid nad vormi substraadi ja sirged torud. Seejärel kasutasid nad 3D-printimist, et virnastada ebakorrapäraseid jahutustorusid üksteise peale. Lõpuks veendusid nad, et vormiõõnsus oli täpne, lõigates ja poleerides seda. See protseduur vähendab metallipulbri kogust 60%, töötlemiseks kuluvat aega 40% ning võimaldab jahutustorustiku ja vormiõõnsuse ideaalselt sobituda.
2. Toimivuse kontroll: kolm kõvaduse, pikaealisuse ja täpsuse testi
Stantsimisvormid peavad taluma kümneid tuhandeid või isegi miljoneid kõrgrõhulööke{0}} ning nende kõvadus, kulumiskindlus ja mõõtmete stabiilsus määravad nendega valmistatud toodete kvaliteedi. Et teada saada, kas metallist 3D-printimisvormid töötavad nii, nagu peaks, tuleb vaadata tegelikke tootmisandmeid.
Kõvadus ja kulumiskindlus
Laborikatsed on näidanud, et 3D-prinditud H13 terasvormid (HRC 52) on sama kõvad kui traditsioonilised sepistamisvormid (HRC 50-53). Kuid mikrostruktuur on ühtlasem, mis vähendab pragude tekkimise võimalust. Kui autoistmete raamide valmistamisel kasutatakse stantsimisvorme, kuluvad 3D-prinditud vormid 40% kiiremini kui traditsioonilised vormid ning hooldustsükkel kestab 3 kuud.
väsimuse elu
Kõrge tsükliga väsimustestid näitavad, et 3D-prinditud vormide väsimuspiir on sarnane traditsiooniliste protseduuride omaga. Siiski on oluline jälgida trükivigasid. Näiteks võib pooride mittetäielik sulatamine pulberkihi sulatustehnoloogias põhjustada pingete teket ja lühendada materjali eluiga. Uurimisrühm on parandanud 3D-prinditud Ti6Al4V vormide väsimuse eluiga 10 ^ 7 tsüklini, mis vastab lennundusklassi kriteeriumidele, optimeerides skaneerimise taktikat (selline kabelaua skaneerimine) ja kihtidevahelise sideme tugevust.
mõõtmete õigsus
Metallist 3D-printimise täpsus võib olla ± 0,05 mm ja järeltöötlusmeetodid, nagu kuumisostaatpressimine ja CNC-töötlus, võivad vabaneda kõigist järelejäänud pingetest ja moonutustest. 3D-printimise tehnoloogia abil on suudetud valmistada elektroonikaseadmete korpuste jaoks stantsimisvorme, mis on täpsed koopiad tekstuuridest, mille pinna kare on 0,3 mm.<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Millal seda kasutada: "väikese partii proovitootmise" asemel "suurtootmise-hulk"
Metallist 3D-printimise puhul erineb kulustruktuur traditsioonilistest meetoditest. Seadmete ja materjalide hinnad on kõrgemad, kuid vormide projekteerimise, proovitootmise ja muutmise etappe pole enam vaja. Kui tootmispartii suurus suureneb, vähenevad üldkulud. Praegu saab seda kasutada kolmes põhiolukorras:
Vorm keerukate struktuuride jaoks
3D-printimine võib õrnade tekstuuride, sügavate tühimike või mittesirgete veekogudega vormide arendustsüklit oluliselt kiirendada. Näiteks kasutab üks ettevõte 3D-printimist kingataldade stantsimiseks valuvormide valmistamiseks. See vähendab disaini saamiseks kuluvat aega 6 nädalalt 10 päevale ning võimaldab ka kohandatud disainilahendusi, mis sobivad väikeste partiide ja paljude stiilide vajadustega.
Suure lisandväärtusega vormid
Sellistes valdkondades nagu lennundus ja tervishoid on valuvormide täpsus ja jõudlusvajadus palju olulisemad kui nende maksumus. 3D-printimist on edukalt kasutatud tipptasemel toodete,{1}}nt lennukimootorite turbiinikettade ja kunstliigeste proteeside vormide valmistamiseks. Selle kerge disain (mis vähendab kaalu 20% kuni 30%) ja integreeritud struktuur (mis vähendab kokkupanekuvigu) on selle peamised eelised.
Vormide kinnitamine ja ümbertegemine
3D-printimisel kasutatav laserkatete sadestamise (LC) tehnoloogia võib kulunud vormid kiiresti parandada. Näiteks kasutas üks autofirma LC-tehnoloogiat stantsimisvormi õõnsuse pinna kinnitamiseks. See lühendas remondiaega 7 päevalt 2 päevale, vähendas kulusid 50% ja taastas vormi algse täpsuse.