В чем разница между 3D-печатью металлом и традиционной обработкой с ЧПУ при производстве пресс-форм?

一, Технический принцип: смена парадигмы в аддитивном и субтрактивном производстве
В 3D-печати металлом используется метод аддитивного производства «наложение слоев». Он плавит металлический порошок, такой как титановый сплав или литая сталь, с помощью лазера или электронного луча, а затем создает сложные геометрические фигуры непосредственно из трехмерных цифровых моделей. Его главное преимущество заключается в том, что он позволяет решить проблемы традиционной обработки, затрудняющие доступ к инструментам и использованию зажимов. Он также может выполнять проектирование оптимизации топологии, включая выемку внутри, заполнение решетки и создание подходящих каналов для охлаждающей воды. Например, компания Zhongrui Technology изготовила вкладыши для литьевых форм по индивидуальному заказу для автомобильной промышленности. Эти вставки увеличили адгезию между контуром охлаждающей воды и поверхностью продукта до 95 % за счет 3D-печати, сократили цикл литья под давлением на 42 % и снизили степень коробления изделия на 67 %.
В субтрактивном производстве традиционная обработка с ЧПУ работает путем «удаления материала». Он использует связанные режущие инструменты по многим осям для резки, фрезерования, сверления и других операций с металлическими заготовками. Его технологическая зрелость проявляется в способности обеспечивать точность на уровне микрометра (± 0,005 мм) и гладкость поверхности (Ra0,8 мкм). Это делает его идеальным для обработки высокопрочных изделий правильной формы. Например, станок для резьбы по керамике и фрезерный станок с ЧПУ Xintenghui может поддерживать уровень поломки кромок керамических форм ниже 0,3% благодаря использованию специальной системы защиты и технологии прецизионного шлифования. Это соответствует строгим требованиям к полупроводниковой упаковке по устойчивости к износу в пресс-форме.
2. Сценарий применения: грань между сложными конструкциями и массовым производством.
Прорыв в использовании при создании сложных структур.
3D-печать металлом оказывает большое влияние на изготовление пресс-форм в трех основных областях:
Система охлаждения, повторяющая форму: традиционные каналы охлаждающей воды пресс-формы ограничены процедурами сверления, что затрудняет идеальное прилегание к контуру продукта. Имитируя динамику жидкости, технология 3D-печати улучшает однородность температурного поля формы более чем на 50%. Одна компания, производящая бытовую технику, использовала эту технологию, и процент выхода корпусов кондиционеров для литья под давлением увеличился с 89% до 98%. Годовая экономия электроэнергии для одного комплекта форм составила более 120 000 юаней.
Легкая конструкция: за счет оптимизации топологии удаляется от 30 % до 60 % не-несущих-материалов, а вес форм, напечатанных на 3D-принтере-, снижается на 45 % по сравнению с традиционными конструкциями, сохраняя при этом прочность конструкции. Кронштейн аккумуляторной батареи нового энергетического автомобиля, изготовленный из каркаса из 3D-напечатанного алюминиевого сплава, выдержал испытание на 150 % перегрузку, потерял 38 % своего веса и увеличил запас хода на 8 %.
Комплексное формование сложных деталей. При использовании традиционных методов, в том числе формовки блоков для изготовления резиновых шин и форм для изготовления подошв обуви, детали необходимо обрабатывать и собирать отдельно.. 3D-печать позволяет изготовить целую форму и избежать ошибок при сборке. Эту технологию использовали в шинной компании, а время изготовления пресс-форм увеличилось с 45 до 12 дней при точности рисунка 0,02 мм.
3. Основное преимущество массового производства.
Тот факт, что обработка с ЧПУ не может быть заменена при изготовлении пресс-форм, подтверждается:
Адаптируемость к материалам: он может работать с довольно твердыми материалами, такими как закаленная сталь и твердые сплавы (HRC55 или выше), что и должны делать формы для литья под давлением. На специальном предприятии-литья под давлением используются формы для литья под давлением из магниевого сплава,-обработанные на станках с ЧПУ-, которые служат 200 000 раз, что в три раза дольше, чем формы, напечатанные на 3D-принтере.
Качество поверхности. Зеркальную-ровную поверхность (Ra0,2 мкм) можно получить с помощью методов последующей-обработки, включая прецизионное фрезерование и полировку. Это соответствует гигиеническим стандартам для оптических форм и форм для упаковки пищевых продуктов. Компания по упаковке косметики использовала формы для преформ ПЭТ-бутылок, обработанные на станке с ЧПУ-, что сделало продукт более прозрачным (92 %) и сократило количество отходов (0,5 %).
Экономия партий: для пресс-форм, которые производят более 5000 деталей в год, обработка с ЧПУ обходится на 60–70 % дешевле за штуку, чем 3D-печать. Один поставщик автомобильных запчастей использует массовое производство с ЧПУ для изготовления пресс-форм для бамперов. Стоимость одной формы сохраняется на уровне 800 000 юаней, тогда как стоимость 3D-печати составляет 1,2 миллиона юаней.
4. Структура затрат: игра на балансе между скоростью и точностью
1. Стоимость оборудования и расходных материалов
3D-печать металлом: инструменты промышленного-класса обычно стоят от 2 до 8 миллионов юаней, а порошок из титанового сплава стоит от 800 до 1200 юаней за килограмм. С другой стороны, коэффициент использования материала достигает 90%, что на 40 процентных пунктов выше, чем при обработке на станках с ЧПУ. Одна авиационная компания использовала 3D-печать для изготовления лопаток двигателя, что позволило снизить цены на материалы на 35% по сравнению с традиционным литьем.
Обработка с ЧПУ. Обрабатывающие центры с пятиосным соединением стоят от 1,5 до 5 миллионов юаней, и примерно 15–20 % этой стоимости приходится на инструменты. Один завод по производству форм снизил стоимость одного комплекта форм со 120 000 юаней до 70 000 юаней за счет оптимизации траектории резки и использования реверсивных лезвий.
2. Затраты времени на 3D-печать: время, необходимое для изготовления форм сложной структуры, сокращается вдвое до 70% по сравнению с традиционными методами. Медицинская компания может изготовить индивидуальную форму ортопедического имплантата всего за 72 часа, что на 80% быстрее, чем 15-дневный цикл обработки на станке с ЧПУ.
Обработка на станке с ЧПУ. Время обработки пресс-формы можно сократить на 30–40 % за счет использования технологии высокоскоростной-резки (HSC). Обрабатывающий центр со шпинделем на 8000 об/мин помог одному производителю 3C, производящему пресс-формы, сократить время, необходимое для изготовления формы корпуса телефона, с 18 часов до 11 часов.