Может ли 3D-печать металла производить штамповочные формы?

1. Техническая осуществимость: переход от «проверки концепции» к «масштабному применению».
Основное преимущество 3D-печати металлом заключается в том, что она обеспечивает «свободное проектирование» и «быстрое производство». Используя такие методы, как селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM), металлические порошки можно накладывать друг на друга, создавая сложные геометрические конструкции. Это выходит за рамки стандартной обработки форм.
Умение создавать сложные конструкции.
Для изготовления традиционных штамповочных форм каналы охлаждающей воды необходимо обрабатывать такими методами, как фрезерование и сверление. Однако создать сложные полости и неровные каналы для воды может быть сложно, поскольку до инструментов обработки трудно добраться. Например, контур охлаждающей воды штамповочной матрицы для головки блока цилиндров автомобильного двигателя должен быть тесно связан с поверхностью полости формы, чтобы равномерно распределять тепло. Традиционные методы затрудняют создание нелинейного-линейного водяного контура. А 3D-печать металлом может напрямую создавать водные пути неправильной формы, такие как спирали и биомиметические ветви деревьев. Это делает охлаждение более чем на 30% более эффективным и ускоряет процесс формования. Известная-автомобильная фирма использует 3D-печать для изготовления форм для штамповки головок цилиндров двигателей. Это сокращает время, необходимое для их изготовления, с двух месяцев до двух недель и продлевает срок службы форм более чем в 100 000 раз.
Большой шаг вперед в работе материалов
3D-печать металлов теперь позволяет постоянно формовать высокопрочные-металлы. Например, инструментальная сталь H13 после 3D-печати и термообработки может достигать твердости HRC 50-55 и ударной вязкости 22J. Это отвечает требованиям-форм для литья под давлением, обеспечивая устойчивость к износу и растрескиванию. Оборудование серии FS273M компании Huashu High Tech используется компанией Broadcom Precision для печати вкладышей в формы для литья под давлением. Эти вставки стабильны по размеру даже после 50 000 циклов штамповки, а предел текучести составляет 100%. Кроме того, использование высокоэффективных-материалов, таких как титановые сплавы и сплавы на основе никеля-, делает формы, напечатанные на 3D-принтере, достаточно прочными, чтобы выдерживать суровые условия, такие как высокие температуры и высокие давления.
Инновации в интеграции процессов
Чтобы найти баланс между стоимостью и эффективностью, отрасль рассмотрела гибридный производственный подход, сочетающий в себе «3D-печать и традиционную обработку». Филиал Хайси Главного института механических исследований придумал способ изготовления форм для горячей штамповки. Сначала фрезеровали подложку формы и прямые трубы. Затем они использовали 3D-печать, чтобы сложить друг на друга трубы неправильной формы. Наконец, они убедились, что полость формы сделана точно, разрезав и отполировав ее. Эта процедура сокращает количество металлического порошка на 60 %, время, необходимое для обработки, на 40 %, а также обеспечивает идеальное соответствие охлаждающего трубопровода и полости формы.
2. Проверка работоспособности: три испытания на твердость, долговечность и точность.
Пресс-формы должны выдерживать десятки тысяч или даже миллионы ударов под высоким-давлением, а их твердость, износостойкость и стабильность размеров определяют качество изделий, изготовленных с их помощью. Чтобы узнать, работают ли металлические формы для 3D-печати должным образом, необходимо взглянуть на реальные производственные данные.
Твердость и устойчивость к износу
Испытания в лаборатории показали, что напечатанные на 3D-принтере формы из стали H13 (HRC 52) столь же тверды, как и традиционные формы для ковки (HRC 50-53). Однако микроструктура более последовательная, что снижает вероятность возникновения трещин. Когда для изготовления каркасов автомобильных сидений используются штампованные формы, 3D-печатные формы изнашиваются на 40% медленнее, чем традиционные формы, а цикл технического обслуживания длится 3 месяца.
жизнь усталости
Испытания на многоцикловую усталость показывают, что предел выносливости форм, напечатанных на 3D-принтере, аналогичен пределу выносливости традиционных процедур. Однако важно следить за ошибками печати. Например, неполное слияние пор в технологии плавки в порошковом слое может привести к увеличению напряжения и сокращению срока службы материала. Исследовательская группа улучшила усталостную долговечность 3D-печатных форм Ti6Al4V до 10^7 циклов, что соответствует критериям авиационного уровня, за счет оптимизации тактики сканирования (например, сканирования в виде шахматной доски) и прочности межслойного соединения.
правильность размеров
3D-печать металлом может быть выполнена с точностью до ±0,05 мм, а методы последующей-обработки, такие как горячее изостатическое прессование и обработка на станках с ЧПУ, позволяют избавиться от любых остаточных напряжений и искажений.. 3Технология D-печати позволила изготавливать штампованные формы для корпусов электронных устройств, которые являются точными копиями текстур на уровне 0,3 мм и с шероховатостью поверхности Ra.<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Когда его использовать: переход от «мелкосерийного пробного производства» к «крупномасштабному-производству».
Структура затрат при 3D-печати металлом отличается от традиционных методов. Цены на оборудование и материалы выше, но этапы проектирования пресс-форм, пробного производства и модификации больше не нужны. По мере увеличения размера производственной партии общая себестоимость снижается. На данный момент его можно использовать в трех основных ситуациях:
Пресс-форма для сложных конструкций
3D-печать может значительно ускорить цикл разработки форм с нежной текстурой, глубокими пустотами или непрямыми водными путями. Например, одна компания использует 3D-печать для изготовления форм для штамповки подошв обуви. Это сокращает время, необходимое для получения дизайна, с 6 недель до 10 дней, а также позволяет создавать индивидуальные проекты, соответствующие потребностям небольших партий и широкому спектру стилей.
Пресс-формы с большой добавленной стоимостью
В таких областях, как аэрокосмическая промышленность и здравоохранение, точность и производительность форм гораздо важнее, чем их стоимость.. 3D-печать успешно используется для изготовления форм для-высокотехнологичных изделий, таких как диски турбин для авиационных двигателей и искусственные протезы суставов. Его основные преимущества — легкая конструкция (снижающая вес на 20–30%) и интегрированная конструкция (уменьшающая количество ошибок при сборке).
Ремонт и переделка форм
Технология лазерного наплавления (LC), используемая в 3D-печати, может быстро исправить изношенные формы. Например, одна автомобильная компания применила технологию LC для фиксации поверхности полости штамповочной формы. Это сократило время ремонта с 7 до 2 дней, снизило затраты на 50% и вернуло пресс-форме первоначальную точность.