Hur kombinerar man 3D-utskrift av metall och formsprutning?

一, Huvudtanken bakom teknisk integration är att gå från "substitution" till "komplementaritet."
Metall 3D-utskrift och formsprutning är inte bara två tekniker som fungerar tillsammans; de är en blandning av "additiv tillverkning" och "subtraktiv bearbetning" som arbetar tillsammans för att förbättra effektiviteten och funktionaliteten. Följande tre saker visar dess huvudsakliga logik:
Ett stort steg framåt i designfrihet
Konventionella formsprutningsformar begränsas av bearbetningsmetoder, och intrikata konstruktioner som konforma kylvattenkanaler och interna förstärkningsribbor kräver distinkta produktions- och monteringsprocesser, vilket leder till förhöjda priser och utökade cykler. LPBF-teknik kan direkt skriva ut integrerade komplicerade strukturer genom att smälta metallpulver ett lager i taget. Till exempel har laserteknik skapat den tredje-generationens andningsbara stålprocess, som kan göra fler-andningsbara strukturer med en 0,04 mm öppning i formar. Detta löser problemet med att typiska stålinsatser som andas inte är särskilt bra på att släppa ut luft.
Att hitta rätt balans mellan kostnad och effektivitet
Det kostar mycket att köpa utrustningen för 3D-utskrift av metall, men det kan bidra till att minska materialspillet (med en materialutnyttjandegrad på över 90%). Företag kan använda 3D-utskrift för att göra de centrala fungerande delarna av formar (sådana konforma kylinsatser) och traditionell bearbetning för att göra perifera strukturer. Detta sänker kostnaderna mycket. Till exempel använder B&J Specialty 3D Systems ProX DMP 300 för att skriva ut insatser för bilrörledningar. Detta minskar kylcykeltiden från 1 minut till 40 sekunder, ökar produktionseffektiviteten med 30 % och förlänger formens livslängd med 25 %.
Snabba ändringar och att göra saker på beställning
Metall 3D-utskrift kan snabbt göra formprototyper för testning och verifiering under produktutvecklingsstadiet. Detta minskar kostnaderna för att göra ändringar i designen om och om igen. Till exempel använder ett företag som tillverkar hushållsapparater LPBF-teknik för att tillverka formsprutningsblock för luftkonditioneringsskal. Detta minskar den traditionella 12-processen, 45-dagarscykeln till 12 dagar och sänker monteringsfel från 0,1 mm till 0,02 mm, vilket förlänger formens livslängd med 200 000 gånger.
2, Vanliga användningsfall: från att förbättra funktionaliteten till att uppgradera industrin
1. Ett flexibelt kylsystem är det bästa sättet att åtgärda problem med formsprutning.
För det mesta är kylvattenkretsen i typiska formsprutningsformar rak, vilket gör det svårt att matcha produktens yta. Detta orsakar ojämn kylning och produktdeformation. LPBF-teknik kan göra en konform kanal som passar formen på föremålet perfekt, vilket kyler det jämnt. Till exempel:
Rörledningsform för fordon: Med hjälp av programvaran Cimatron byggde B&J Specialty en konform kylvattenkrets som sänkte temperaturen på formen från 132 till 18 grader Celsius, minskade krympningshastigheten för produkten med 67 % och höjde utbytet till 98 %.
Ett tandvårdsföretag tillverkar osynliga ortodontiska apparater med hjälp av μ - LPBF-teknik, som har en tryckprecision på 2–5 μm. Topologioptimeringsdesign förbättrar homogeniteten i ortodontisk kraftfördelning med 40 % och höjer patientens anpassningshastighet från 85 % till 98 %.
2. För att lösa problemet med instängd gas måste den andningsbara strukturen och formkroppen passa ihop perfekt.
Om gasen inuti formhåligheten inte släpps ut tillräckligt snabbt under formsprutningsprocessen kan det orsaka problem inklusive produktbubblor och dålig sammansmältning. Den klassiska metoden kräver att man lägger andningsbart stål i formen, men det fungerar inte lika bra när strukturen är komplicerad. LPBF-teknik kan skriva ut porösa, andningsbara lager direkt på formkroppen. Till exempel:
Gas--formningsform: Ett specifikt företag använder LPBF för att trycka formkärnor, skapar ett poröst lager i botten av ribbplattan och bäddar in en ventilationsstav med ett poröst topplager. Gas trycks ner på ribbplattan och toppen av ventilationsstaven under formsprutningen. Detta skjuter produkten mot hålrummets yta, vilket blir av med inre spänningar och stoppar krymplinjer på ytan.
Elektroniska formar med hög noggrannhet: En tillverkare av 3C-produkter tillverkar ramformar för mobiltelefoner med hjälp av LPBF. Formarna har en andningsbar struktur med en 0,04 mm öppning i avgasområdet, vilket sänker insprutningstrycket med 30% och förlänger formens livslängd med 40%.
3. Lättviktig och funktionell integration: från "strukturkomponenter" till "intelligenta moduler" LPBF-tekniken stöder lättviktsdesign som gallerfyllning och gallerstruktur, och kan integrera funktionella moduler som sensorer och värmeelement. 3. Lättvikts- och funktionell integration: från "strukturkomponenter" till "intelligenta exempel: moduler"
Ett visst företag använder ett fäste av aluminiumlegering tillverkat av LPBF för sitt nya batteripaket för energifordon. Fästet är 38 % lättare på grund av sin gallerstruktur och klarar ett 150 % överbelastningstest, vilket ökar räckvidden med 8 %.
Smart formsystem: Ett medicinskt företag placerar temperatursensorer i LPBF-tryckta formar så att de kan hålla ett öga på temperaturen i kylvattenkretsen i realtid. AI-algoritmer ändrar injektionsparametrarna i farten för att göra produkten 50 % mer konsekvent.
3, Teknologiska problem och trender för framtiden: Från "Single Point Breakthrough" till "Ekologisk omstrukturering"
1. Aktuella problem: material, noggrannhet och efter-bearbetning
Vissa metallpulver, inklusive kopparlegeringar med stark värmeledningsförmåga, behöver fortfarande optimeras för utskrift så att densitet och kostnad balanseras.
Ytkvalitet och noggrannhet: LPBF-tryckta formar behöver CNC-precisionsbearbetning eller kulblästring för att möta ytråheten (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Integrering av flera material: LPBF stöder nu endast utskrift med ett material i taget. Men formar behöver vanligtvis kompositkonstruktioner gjorda av olika material, som hög-hårdhetsstål och hög-termisk-koppar.
2. Framtida trender: sammanslagning av teknik och omstrukturering av miljön
Hybridverktyg för att göra saker: AXIOM-tekniken kombinerar 3D-utskriftsmunstycken och CNC-fräsar för att ge "additiv subtraktiv" integrerad bearbetning. Detta minskar storleken och kostnaden för den utrustning som behövs för att utföra jobbet.
Smart processoptimering: LPBF kan förutse kvarvarande stress och deformation i realtid genom att kombinera termiska mekaniska kopplingsmodeller med maskininlärningsmetoder. Till exempel håller Autodesks finita element-modell skillnaden i radiell och periferisk dragprestanda för turbinblad av titanlegering inom 5 % och gör att de håller 30 % längre.
Grön tillverkning och cirkulär ekonomi: LPBF återvinner mer än 85 % av sitt pulver, och det släpper inte ut någon skärvätska, så det uppfyller gröna tillverkningsföreskrifter inklusive EU:s "koltaxa". Ett företag sänkte kostnaden för en enda uppsättning formmaterial med 20 % genom att återvinna pulver som inte hade smält ännu och sålla det.