Как 3D-печать металлом может решить проблему производства сложных конструкций пресс-форм?

1. Гибкий контур охлаждающей воды, который решает основную проблему литья под давлением.
От того, насколько хорошо остынут литьевые формы, зависит скорость изготовления и качество изделий. В традиционных формах используются каналы охлаждающей воды с прямыми отверстиями. Эти каналы трудно приклеить к сложным поверхностям полостей, что приводит к слишком сильным локальным колебаниям температуры и дефектам продукта, таким как коробление и усадка. Используя методы оптимизации топологии, 3D-печать металлом позволяет создать конформный канал охлаждающей воды, который идеально соответствует форме изделия. Это позволяет контролировать температуру именно там, где выделяется тепло и где оно охлаждается.
Например, время охлаждения формы дверной ручки автомобиля увеличилось с 18 секунд до 12 секунд после использования 3D-печатного конформного водного пути. Эффективность производства выросла на 33%, а деформация коробления продукции снизилась с 0,8 мм до 0,2 мм. Процент сдачи вырос с 92% до 98,5%. Что еще более важно, эта концепция выходит за рамки физических ограничений существующих методов - в пределах стенки сердцевины формы толщиной 0,5 мм можно создать спиральный охлаждающий канал диаметром 2 мм для создания трехмерной сети охлаждения. Конформный водный путь на пресс-форме корпуса бытовой техники, напечатанный на оборудовании iSLM420 компании Zhongrui Technology, увеличивает срок службы пресс-формы на 40 % и сокращает количество трещин, вызванных тепловой усталостью, на 75 %.
2. Инновации в решетчатой ​​структуре: облегчение форм и объединение различных функций.
Что касается форм для-литья под давлением, то термическая усталость материалов из жаропрочных-сплавов является основной причиной того, что они не служат так долго, как могли бы. В 3D-печати металлом используются биомиметические решетчатые структуры, которые делают предметы легче, улучшают пути теплопроводности и сохраняют прочность. В форме для литья под давлением конкретной лопатки авиационного двигателя использовалась решетчатая конструкция TPMS (трехпериодная минимально изогнутая поверхность). Это снизило вес стержня формы на 35% и удвоило ее устойчивость к тепловым ударам. Непрерывный производственный цикл был увеличен с 5000 до 12000 форм.
Это структурное преимущество особенно важно при изготовлении деталей для изоляции. Изоляционные мезоны в стандартных горячеканальных системах являются твердыми, но 3D-печать позволяет создавать полые мезоны с гексагональной решеткой, которые на 60% более эффективно удерживают тепло от перехода от разделительной пластины к форме. Эта конструкция сокращает цикл литья под давлением на 22%, а количество энергии, используемой в формах для медицинских расходных материалов, на 18%.
3. Микропористая выхлопная система: решение отраслевой проблемы, связанной с недостатком захваченного газа.
Если при литье под давлением газ из полости формы не может быть выпущен достаточно быстро, это может вызвать такие проблемы, как появление полос газа и пригорание на поверхности изделия. Есть две основные проблемы с традиционными дышащими стальными вставками: во-первых, они позволяют воздуху течь только в одном направлении, а во-вторых, напряжение имеет тенденцию накапливаться в точке, где дышащая область встречается с плотной областью. 3D-печать металлом выходит за эти рамки и позволяет создавать пористые объекты с разнонаправленной воздухопроницаемостью.
Метод лазерной люминесценции третьего-поколения "дышащей" стали улучшает метод лазерного сканирования, создавая на поверхности формы плотный воздухопроницаемый слой с размером пор 0,04 мм. В то же время внутри формы создается трехмерная-сеть взаимосвязанных пор. При применении форм для приборной панели автомобиля эта концепция снижает процент дефектов захваченного газа с 15% до 0,3% без необходимости использования дополнительных выпускных отверстий, что упрощает конструкцию формы. Что еще более важно, 3D-печать может обеспечить совместную работу дышащих деталей и форм, а это означает, что исключается вероятность протечки шва, как при традиционных процедурах инкрустации.
4. Интегрированное производство сложных деталей: изменение цепочки создания стоимости обработки пресс-форм.
При традиционном изготовлении форм используется техника «раздельная обработка + сборка». Это означает, что такие важные детали, как горячие сопла, наклонные верхние части и подушки пресс-формы, должны пройти несколько этапов. 3D-печать металлом формирует эти сложные элементы одновременно, используя идею «интегрированного производства». Например, система горячего сопла рамочной формы мобильного телефона определенной марки требует 12 частей, которые нужно соединить обычным способом. С помощью 3D-печати вы можете изготовить целую горячую насадку со встроенным проточным каналом и канавкой для установки нагревательного элемента. Время сборки сокращается с 8 часов до 0,5 часов, а проблема поломок, вызванных тепловым расширением и сжатием, полностью решается за счет сокращения швов.
Это изменение наиболее заметно при изготовлении деталей с тонкими стенками. Программа моделирования VoxelDance Engineering, разработанная методом Манга, успешно решила проблему деформации печати тонкостенных деталей из нержавеющей стали 316L (толщина стенки 0,3 мм) с помощью метода «сканирующей компенсации деформации». Этот метод делает детали для форм автомобильной решетки более точными: от ± 0,5 мм до ± 0,08 мм. Это также сокращает период исследований и разработок на 60% и увеличивает использование материалов на 45%.
5. Технологическая интеграция: создание новой парадигмы производства пресс-форм.
3D-печать металлом не существует изолированно, а тесно переплетается с такими технологиями, как симуляционный анализ и интеллектуальное обнаружение. Машины Zhongrui Technology оснащены много-оптимизированной системой ветрового поля, которая позволяет отслеживать температурное поле порошкового слоя в режиме реального времени. Он также может автоматически изменять настройки лазера, чтобы компенсировать термическое напряжение и достигать плотности 99,95% для больших форм (например, форм для автомобильных бамперов размером 1,2 м × 0,8 м). Используя инструменты анализа потока, проектировщики могут улучшить расположение каналов охлаждающей воды в процессе моделирования, который представляет собой замкнутую-итерацию «печати с имитацией дизайна».
С точки зрения восстановления модели затрат 3D-печать продемонстрировала уникальные преимущества. Например, изготовление форм на 1000 штук традиционными методами обходится в 280 000 юаней (180 000 юаней за разработку пресс-формы), но решение для 3D-печати стоит на 20% дороже за штуку, но не требует никаких затрат на разработку пресс-форм, в результате чего общая стоимость снижается до 220 000 юаней. Когда скорость итерации продукта превышает стандартный срок окупаемости пресс-формы (обычно 12-18 месяцев), экономичность 3D-печати становится более очевидной.