Как совместить 3D-печать металлом и литье под давлением?

一, Основная идея технологической интеграции — перейти от «замещения» к «дополнительности».
3D-печать металлом и литье под давлением — это не просто две технологии, которые работают вместе; они представляют собой смесь «аддитивного производства» и «субтрактивной обработки», которые работают вместе для повышения эффективности и функциональности. Следующие три вещи показывают его основную логику:
Большой шаг вперед в свободе дизайна
Обычные литьевые формы ограничены методами обработки, а сложные конструкции, такие как конформные каналы охлаждающей воды и внутренние ребра жесткости, требуют отдельных процессов производства и сборки, что приводит к повышению цен и удлинению циклов. Технология LPBF позволяет напрямую печатать интегрированные сложные структуры путем плавления металлического порошка по одному слою за раз. Например, с помощью лазерной технологии был создан процесс изготовления воздухопроницаемой стали третьего-поколения, который позволяет изготавливать разнонаправленные-дышащие конструкции с отверстием в формах 0,04 мм. Это решает проблему, связанную с тем, что типичные дышащие стальные вставки не очень хорошо пропускают воздух.
Нахождение правильного баланса между затратами и эффективностью
Покупка оборудования для 3D-печати металлом обходится дорого, но позволяет сократить отходы материала (при коэффициенте использования материала более 90%). Предприятия могут использовать 3D-печать для изготовления основных функциональных элементов пресс-форм (таких как конформные охлаждающие вставки), а традиционную обработку — для изготовления периферийных конструкций. Это значительно сокращает расходы. Например, компания B&J Specialty использует ProX DMP 300 от 3D Systems для печати вставок пресс-форм для автомобильных трубопроводов. Это сокращает время цикла охлаждения с 1 минуты до 40 секунд, повышает эффективность производства на 30 % и продлевает срок службы формы на 25 %.
Быстрые изменения и изготовление вещей на заказ
3D-печать металлом позволяет быстро создавать прототипы пресс-форм для тестирования и проверки на этапе разработки продукта. Это сокращает затраты на постоянное внесение изменений в конструкцию. Например, компания, производящая бытовую технику, использует технологию LPBF для изготовления блоков для литья под давлением для корпусов кондиционеров. Это сокращает традиционный 12-процессный 45-дневный цикл до 12 дней и снижает ошибки сборки с 0,1 мм до 0,02 мм, что продлевает срок службы формы в 200 000 раз.
2. Распространенные варианты использования: от улучшения функциональности до модернизации отрасли.
1. Гибкая система охлаждения — лучший способ решить проблемы при литье под давлением.
В большинстве случаев контур охлаждающей воды в типичных литьевых формах является прямым, что затрудняет прилегание к поверхности изделия. Это вызывает неравномерное охлаждение и деформацию продукта. Технология LPBF позволяет создать конформный канал, который идеально соответствует форме объекта и равномерно охлаждает его. Например:
Пресс-форма для автомобильных трубопроводов: с помощью программного обеспечения Cimatron компания B&J Specialty построила конформный контур охлаждающей воды, который снизил температуру пресс-формы со 132 до 18 градусов Цельсия, снизил степень усадки продукта на 67 % и повысил выход продукции до 98 %.
Стоматологическая компания изготавливает невидимые формы для ортодонтических аппаратов с использованием технологии μ - LPBF, точность печати которой составляет 2–5 мкм. Оптимизация топологии улучшает однородность распределения ортодонтической силы на 40% и повышает скорость адаптации пациента с 85% до 98%.
2. Чтобы решить проблему скопления газа, воздухопроницаемая конструкция и корпус формы должны идеально сочетаться друг с другом.
Если газ внутри полости формы не выходит достаточно быстро во время процесса литья под давлением, это может вызвать проблемы, включая образование пузырей в продукте и плохое плавление. Классический метод предполагает закладку в форму воздухопроницаемой стали, однако он не работает, если конструкция сложная. Технология LPBF позволяет печатать пористые, воздухопроницаемые слои непосредственно на корпусе формы. Например:
Пресс-форма для формования с помощью газа-: определенная компания использует LPBF для печати стержней пресс-форм, создает пористый слой в нижней части реберной пластины и встраивает вентиляционный стержень в пористый верхний слой. Во время литья под давлением газ давит на ребристую пластину и верхнюю часть вентиляционного стержня. Это подталкивает изделие к поверхности полости, что избавляет от внутреннего напряжения и останавливает линии усадки на поверхности.
Электронные формы с высокой точностью: производитель форм для изделий 3C изготавливает формы для рамок мобильных телефонов с использованием LPBF. Формы имеют воздухопроницаемую структуру с отверстием диаметром 0,04 мм в зоне выпуска, что снижает давление впрыска на 30 % и продлевает срок службы формы на 40 %.
3. Легкая и функциональная интеграция: от «структурных компонентов» к «интеллектуальным модулям». Технология LPBF поддерживает легкие конструкции, такие как решетчатое заполнение и решетчатая структура, и может интегрировать функциональные модули, такие как датчики и нагревательные элементы.. 3. Легкая и функциональная интеграция: от «структурных компонентов» к «интеллектуальным модулям». В качестве примера:
Одна компания использует кронштейн из алюминиевого сплава производства LPBF для своего аккумуляторного блока для новых энергетических автомобилей. Кронштейн на 38% легче благодаря своей решетчатой ​​конструкции и выдерживает испытание на перегрузку 150%, что увеличивает дальность действия на 8%.
Интеллектуальная система пресс-форм. Медицинская компания размещает датчики температуры внутри печатных форм LPBF-, чтобы они могли следить за температурой контура охлаждающей воды в режиме реального времени. Алгоритмы искусственного интеллекта изменяют параметры инъекции на лету, чтобы сделать продукт на 50 % более стабильным.
3. Технологические проблемы и тенденции будущего: от «точечного прорыва» к «экологической реструктуризации».
1. Текущие проблемы: материалы, точность и пост-обработка.
Некоторые металлические порошки, в том числе медные сплавы с высокой теплопроводностью, все еще нуждаются в оптимизации для печати, чтобы обеспечить баланс плотности и стоимости.
Качество и точность поверхности: печатные формы LPBF требуют прецизионной обработки на станке с ЧПУ или дробеструйной обработки, чтобы обеспечить шероховатость поверхности (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Интеграция нескольких материалов: LPBF теперь поддерживает печать только одним материалом за раз. Однако для форм обычно требуются композитные конструкции, изготовленные из различных материалов, например стали высокой-твердости и меди с высокой-тепло-проводимостью.
2. Тенденции будущего: объединение технологий и реструктуризация окружающей среды.
Гибридные инструменты для изготовления вещей: технология AXIOM сочетает в себе сопла для 3D-печати и фрезы с ЧПУ для обеспечения интегрированной «аддитивной субтрактивной» обработки. Это сокращает размер и стоимость оборудования, необходимого для выполнения работы.
Интеллектуальная оптимизация процесса: LPBF может прогнозировать остаточные напряжения и деформации в режиме реального времени, сочетая модели термомеханических соединений с методами машинного обучения. Например, конечно-элементная модель Autodesk сохраняет разницу в радиальном и окружном растяжении турбинных лопаток из титанового сплава в пределах 5 % и продлевает их срок службы на 30 %.
Зеленое производство и циркулярная экономика: LPBF перерабатывает более 85% своего порошка и не выделяет смазочно-охлаждающую жидкость, таким образом, он соответствует правилам зеленого производства, включая «углеродный тариф» ЕС. Одна компания сократила стоимость одного комплекта материалов для форм на 20% за счет переработки еще не расплавившегося порошка и его сортировки.