Почему индустрия изготовления пресс-форм все чаще использует 3D-печать металлом?

1. Свобода дизайна разрушает ограничения традиционного производства.
Традиционное изготовление форм имеет некоторые ограничения, например, насколько легко добраться до инструментов и насколько стабильны зажимы. Кроме того, сложные внутренние конструкции часто приходится собирать из нескольких частей, что делает их менее точными и дорогостоящими. Благодаря послойному аддитивному производству 3D-печать металлом полностью устраняет ограничения дизайна:
Инновации в области конформных каналов охлаждения. Трудно добиться равномерного охлаждения при использовании стандартных каналов охлаждения с прямыми отверстиями в литьевых формах, что может вызвать степень деформации изделия до 15–20 %.. 3При цифровой печати могут образовываться реки, которые не являются прямыми, включая спирали и дендриты. Это делает охлаждение на 40 % более эффективным и сокращает цикл формования на 30–50 %. Например, когда телефоны Huawei перешли на топологическую-оптимизированную конструкцию каналов для формы рамы, изготовление одного компонента заняло 75 секунд вместо 120 секунд, а процент выхода продукции увеличился с 89 % до 98 %.
Реализация облегченной конструкции. Создавая биомиметические конструкции, такие как решетчатые конструкции и тонкостенные ребра жесткости, можно сделать форму на 30–50 % легче без потери прочности. По сравнению с обычными ковочными формами, специальные формы из титанового сплава, изготовленные для авиационных двигателей, на 42% легче и имеют прочность на разрыв 2000 МПа. Это значительно удешевляет транспортировку и установку.
Функциональное интегрированное производство: 3D-печать позволяет напрямую добавлять датчики, нагревательные компоненты, системы охлаждения и другие модули в корпус формы, что сокращает количество шагов, необходимых для сборки. Компания в Шэньчжэне изобрела интеллектуальную форму для контроля температуры, в которой используются напечатанные на 3D-принтере микроканальные нагревательные провода для регулировки температуры с точностью ± 1 градус. Это экономит 65% энергии, используемой существующими методами.
2. Реконструкция стоимости всего жизненного цикла.
3D-печать металлом меняет подход к производству пресс-форм, делая его более эффективным и экономичным,-за счет более методичного использования материалов.
Большой шаг вперед в использовании материалов: уровень потерь материала при традиционном субтрактивном производстве достигает 70–80%, но при 3D-печати отходов практически нет. Технология циркуляции порошка титанового сплава AVIC Maite восстанавливает 99,2% порошка и снижает стоимость материалов для отдельных форм на 58%.
Упрощение процесса обработки: например, изготовление форм для автомобильных бамперов традиционным способом занимает 23 этапа и 12 станков, а сам процесс может занять до 45 дней. При 3D-печати требуется всего 3 шага, время цикла сокращается до 7 дней, а стоимость оборудования снижается на 82%.
Продление срока службы форм: за счет оптимизации конструкции термобалансировки срок службы термоусталостных форм, напечатанных на 3D-принтере, увеличивается в 2–3 раза. По данным одной-литейной компании, использование форм для ступиц колес из алюминиевого сплава с конформным охлаждением позволило увеличить срок службы с 80 000 до 220 000 раз и снизить стоимость детали на 64 %.
3. Скорость реагирования восстанавливает конкурентоспособность рынка.
В то время, когда люди хотят персонализировать продукцию, а компании постоянно меняются, скорость изготовления пресс-форм стала ключевым конкурентным фактором:
3D-печать может сократить время, необходимое для изготовления прототипа формы, с недель до часов. Это называется сжатием цикла проверки проекта. Xiaomi использовала принтеры серии Muees от Liantai Technology, чтобы ускорить разработку форм для шарниров складных ширм с 6 месяцев до 50 дней, воспользовавшись рыночными возможностями.
Экономическая-эффективность мелкосерийного-производства. Если пресс-форма производит менее 5000 штук в год, 3D-печать обходится на 23 – 35 % дешевле, чем другие методы. С помощью 3D-печати производитель медицинского оборудования снизил цену на индивидуальные формы ортопедических имплантатов с 12 000 юаней до 4 800 юаней. Это поможет сделать индивидуализированную медицинскую помощь более распространенной.
Бесплатная итерация дизайна: повторное открытие формы для внесения изменений стоит больших денег, но при 3D-печати вам нужно только изменить цифровую модель, чтобы получить лучший дизайн. Трижды была усовершенствована дверная форма Tesla Model Y, в результате чего степень вытяжки увеличилась с 82% до 91% без увеличения затрат на производственный процесс.
4. Новые материалы открывают новые возможности использования существующих.
Новая технология металлического порошка позволяет изготавливать формы по-новому:
Использование высокоэффективных-материалов: порошок титанового сплава, полученный в процессе PREP от Xi'an Sailong, имеет содержание кислорода менее 0,013 % и сферичность 98,5 %. Его можно использовать для прямой печати пресс-форм авиационного-класса. После использования этого материала для формы топливного сопла самолета C919 он теперь может выдерживать температуры до 150 градусов Цельсия выше и служить в три раза дольше, чем стандартные методы.
Как использовать материалы с градиентом. Используя технику много-смешивания порошков, можно создавать функциональные формы с градиентом. В пресс-форме камеры тяги определенного ракетного двигателя используется градиентная структура «высокотемпературный-сплав на основе никеля + медь с высокой-проводимостью-». Это не только соответствует требованиям по устойчивости к высоким-температурам, но и эффективно охлаждает двигатель, что делает его на 28 % легче, чем конструкция из сплава в целом.
Прорыв в области биосовместимости: 3D-печать форм из пористого титанового сплава в медицинской промышленности с контролируемой пористостью 60–80 % и размером пор 300–500 мкм, что способствует пролиферации костных клеток. Клинические данные показывают, что уровень сращения костей в устройствах для межпозвонкового спондилодеза, изготовленных с использованием этой технологии, увеличился с 75% при использовании традиционных методов до более чем 95%.
5. В процессе восстановления индустриальной экосистемы
3D-печать металлом меняет индустрию пресс-форм, делая ее более умной и-ориентированной на обслуживание:
Digital Manufacturing Network — это платформа облачной печати, созданная такими компаниями, как Yunyao Shenwei. Это позволяет без проблем работать вместе с глобальными проектными данными и региональным производством. Эта технология позволила глобальной автомобильной фирме обрабатывать заказы на пресс-формы с 23 заводов по всему миру в одном месте. Это позволило сократить расходы на доставку на 41% и увеличить оборачиваемость запасов в 2,7 раза.
Режим производства-по требованию: завод по распределению металлического порошка Виллари оснащен 200 3D-принтерами, которые позволяют изготавливать формы малого и среднего- размера менее чем за 72 часа. Эта концепция «распределенное производство + централизованное снабжение» сокращает расходы на складские запасы пресс-форм на 68% и ускоряет время реагирования в 5 раз.
Полный набор технических стандартов: Национальный технический комитет по стандартизации аддитивного производства опубликовал 47 отраслевых стандартов, которые охватывают такие важные области, как эффективность порошков, точность печати и обработка отпечатков после их изготовления. Агентство по сертификации CE ЕС приняло «Спецификацию приемки металлических форм для 3D-печати», разработанную AVIC Maite, в качестве стандарта для взаимного признания во всем мире.