Kuidas saab metallist 3D-printimine aidata täppisvorme toota?

1. Disainivabadus: traditsioonilise tootmise geomeetriliste piiride ületamine
Kihtide lisamise asemel nende eemaldamise asemel muudab metallist 3D-printimine täielikult traditsioonilise vormi valmistamise "lahutava töötlemise" loogikat. See tehnoloogiline funktsioon võimaldab hallituse kujundajatel ületada traditsiooniliste meetodite piire keeruliste struktuuride puhul ja teha võimalikuks järgmised uued kasutusvõimalused:
Objekti kujuga sobiva veekanali kujundus
Traditsioonilistes vormijahutussüsteemides on tavalised sirged augud või kumerad veekanalid. Neid on raske sobitada toote keeruliste kujudega, mis põhjustab toote ebaühtlast jahtumist ja kõverdumist. Metallist 3D printimine võib kohe ehitada 3D voolukanalite võrgu, mis kleepub väga hästi toote pinnale. See muudab jahutuse enam kui 40% tõhusamaks. Näiteks kasutab uus energiasõidukite ettevõte 3D--prinditud akupaki koorega-valuvorme ja optimeerib konformsete veekanalite konstruktsiooni, et lühendada survevalutsüklit 120 sekundilt 75 sekundile, tõsta toote tootlikkust 85%-lt 99,5%-le ja pikendada vormi kasutusiga rohkem kui kolm korda tavapärastest meetoditest.
Kerge konstruktsiooni paika panemine
Metallist 3D-printimine võib vähendada kaalu 30–50%, tehes samal ajal tugevaid vorme, kasutades biomimeetilisi kujundusi, nagu võrestruktuurid ja õõnsad võred. Konkreetne lennukimootori turbiiniketta vorm kasutab titaanisulamist võrestruktuuri, mis vähendab kaalu 42%, säilitades samal ajal võime taluda kõrgeid temperatuure. See vähendab oluliselt energia transpordi ja töötlemise kulusid.
Paljude funktsioonidega osade integreeritud vormimine
Traditsioonilistes vormides tuleb osad nagu kuumad düüsid ja isolatsioonimesonid kokku panna mitmes etapis, mis võib kergesti põhjustada vigu. Metallist 3D-printimine suudab ühe hooga välja printida kogu kuuma otsiku struktuuri, mis vabaneb sektsioonide vahedest ja muudab selle kõrgetel temperatuuridel stabiilsemaks. Teatud firma kasutas 3D-printimist õõnsate kuusnurkse võrega isolatsioonimesoonide valmistamiseks. See vähendab kuumakanalisüsteemi energiatarbimist 25% ja vormi termilist deformatsiooni 60%.
2. Funktsioonide integreerimine: ühest vormimisest kuni kogu protsessi optimeerimiseni
Metallist 3D-printimine mitte ainult ei muuda vormikehade kujundust, vaid julgustab ka kogu vormi tootmisprotsessi funktsionaalse integratsiooni kaudu uusi ideid leidma:
Vormimine rohkem kui ühest materjalist
Laserkatte tehnoloogiaga saab ühte vormi kombineerida erinevaid materjale nagu metallkeraamika ja metallplast. Teatud ettevõte valmistas "metallkeraamilise komposiitvormi", trükkides 3D-printimisel suure -kõvadusega keraamilise kihi suure-sitkestusega metallsubstraadile. See muudab vormi kolm korda kulumiskindlamaks ja pikendab selle kasutusiga enam kui 150 000 korrani, mis sobib suurepäraselt olmeelektroonikas kiiret valmistamist vajavate täppiskonstruktsioonikomponentide valmistamiseks.
Sisseehitatud keerukas andurisüsteem
3D-printimisega saab koheselt vormi panna temperatuuri- ja rõhuandurid, mis teeb "digitaalse kaksiku" jälgimissüsteemi. Teatud auto kaitseraua vormis on-sisse ehitatud fiiberoptilise võre andurid, mis hoiavad reaalajas silma peal temperatuurivälja jaotusel vormiõõnes. Samuti kasutab see tehisintellekti algoritme, et muuta jahutusparameetreid lennult, mis hoiab toote suuruse täpsusega ± 0,02 mm ja vorm peab vastu rohkem kui 200 000 kasutuskorraks.
Kiire remont ja ümbertöötlemine: Direct Energy Deposition (DED) tehnoloogia abil saab ühes kohas fikseerida kulunud vormid, tuues tagasi mõõtmete esialgse täpsuse. Üks lennukiettevõte kasutab alumiiniumisulamist survevaluvormide kinnitamiseks laserkattetehnoloogiat. Paranduskiht kleepub aluspinnale jõuga 450 MPa ja remondi maksumus moodustab vaid 30% uute vormide valmistamise maksumusest. Remont kestab rohkem kui 90% selle algsest elueast.
3. Materjali jõudlus on paranenud alates "kasutatavast" kuni "kõrge jõudlusega"{1}}.
Peamine, mis vormi eluiga mõjutab, on see, kui hästi materjal töötab. Metallist 3D-printimine parandab oluliselt vormimaterjalide kvaliteeti, kasutades järgmisi tehnoloogiaid:
Spetsiaalsete materjalide süsteemi loomine
Vastuseks hallituse töötingimuste vajadustele on Hiina ja kogu maailma ettevõtted hakanud valmistama mitmeid spetsiifilisi pulbermaterjale:
ESU-H13 vormiteras: karbiidide jaotuse parandamise tõttu on survevaluvormide kasutusiga pikenenud standardtehnikas 30 000 korral 60 000 korda. Seda on kasutatud Huawei Mate seeria mobiiltelefonide raamide valmistamisel.
CX ülitugev teras: selle tõmbetugevus on 1700 MPa ja seda kasutatakse Boschi automootorite silindrikerede vormide valmistamiseks. Need vormid peavad vastu rohkem kui 80 000 tsüklit, mis on 40% pikem kui tüüpiline S136 teras.
Alumiiniumisulam Al250C: see kestab üle 5000 tunni 250 kraadi juures ja on 50 korda parem kui Scalmalloy alumiiniumsulam. Seda kasutatakse sageli kosmosetööstuse konstruktsioonikomponentides.
Uued ideed kuumtöötlusprotsessiks
Looge konkreetne kuumtöötlusmeetod, mis toimib 3D-printimise viisiga, kuidas kihte omavahel siduda:
Sorteeritud karastamine ja krüogeenne töötlemine: 1.2709 martensiiterasest vorm on väga kõva, kõvadusega 52HRC ja löögitugevusega CVN 10J. See muudab selle piisavalt tugevaks, et tulla toime tohutu stressiga, mida tulevased energiasõidukid vajavad.
Kuum isostaatiline pressimine (HIP): Töötlemine 1200 kraadi / 150 MPa juures vabastab 3D-prinditud vormide sisemised poorid. Tänu sellele kestavad need 200% kauem ja ulatuvad 95% tüüpiliste sepistamistehnikate kasutusiga.
Pinna tugevdamise tehnoloogia kombineerimine
Ülehelikiirusega haavlitöötlemine tekitab vormi pinnale 300 μm paksuse survekoormuse kihi. See muudab konkreetse sepistamisvormi kestvuse 20 000 kuni 50 000 tsüklit kauem.
Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD): see protsess lisab vormiõõnsuse pinnale 0,05 mm paksuse teemantkatte, et muuta see 10 korda kulumiskindlamaks. Seda kasutatakse pooljuhtpakendite vormide valmistamiseks.
4. Kasutusalad äris ja tulevikutrendid
Auto-, lennundus- ja elektroonikatööstuses kasutatakse metallist 3D-printimise tehnoloogiat palju.
Autotööstuses tootis Broadcom Precision Tesla jaoks 3D-prinditud integreeritud survevaluvormi, mis vähendas tagumise põranda tükkide arvu 171-lt ühele, muutis tootmise 40% tõhusamaks ja andis vormile 150 000-kordse eluea.
Relativity Space valmistab 3D-prinditud vasesulamist otsikuvorme lennutööstuses, kasutades EOS M400 seadmeid. Need vormid kasutavad rohelist lasertehnoloogiat, et lahendada vaskmaterjalide liiga peegeldav probleem. Eluiga vastab SpaceX Starshipi projekti kriteeriumile teha üks seade igal nädalal.
Xiaomi Technology tegi koostööd Yisu Laseriga, et valmistada ESU-H13 materjalist mobiiltelefonide raamide survevaluvormid. Need vormid kestavad 120 000 tsüklit ja suudavad aastas toetada üle 50 miljoni Xiaomi 14 seeria ühiku tarnimist.
Tulevikus muutub metallist 3D-printimine järgmiselt:
Mitme materjali ja protsesside integreerimine: sideainejoa (BJ) ja pulberkihi sulatamise (PBF) tehnoloogia koos kasutamine, et valmistada kiiresti ja odavalt suuri vorme.
Tehisintellektiga juhitud intelligentne disain: generatiivsed disainialgoritmid optimeerivad automaatselt vormi struktuuri, mis tähendab, et kasutatakse üle 90% materjalist.
Keskkonnahoidliku tootmissüsteemi loomine: ringlussevõetavate pulbermaterjalide ja suletud{0}}ahela tootmissüsteemi kasutamine, mis vähendab süsinikdioksiidi heitkoguseid kogu tootmisprotsessi jooksul 50%, on kooskõlas ringmajanduse vajadustega.