Cum poate imprima 3D metal să realizeze turnarea de înaltă{1}}precizie a matrițelor?

一, Principiu tehnic: de la micro bazin de topire la macro precizie, control precis
Ideea principală din spatele imprimării 3D din metal este topirea stratului cu strat a pulberii de metal, folosind surse de căldură cu energie ridicată-. Acest lucru face posibilă trecerea direct de la modele digitale la piese reale. De exemplu, fluxul de proces pentru tehnologia de topire selectivă cu laser (SLM) are patru pași principali:
Răspândirea pulberii: un mecanism de raclere bidirecțional împrăștie pulberea metalică în mod egal pe bancul de lucru. Grosimea stratului de acoperire poate fi reglată foarte precis, între 5 și 50 μm, ceea ce oferă baza pentru acuratețea nivelului-micrometric.
Scanare cu laser: o lentilă f-theta concentrează fasciculul de-energie mare de la un laser cu fibră de 200 W pentru a crea un punct care are un diametru mai mic de 100 μm. Pulberea este topită de-a lungul unui traseu predefinit la o viteză de 3000 mm/s, iar lățimea bazinului topit este de aproximativ două până la trei ori diametrul spotului.
Stivuire strat cu strat: după ce fiecare strat este topit, bancul de lucru coboară cu înălțimea unui strat, iar procesul de topire a pulberii se repetă până când se realizează formarea solidă tridimensională prin stivuire strat cu strat.
Controlați atmosfera: mențineți camera de turnare umplută cu un gaz inert care are mai puțin de 0,1% oxigen. Acest lucru va opri oxidarea metalului și va menține performanța materialului stabilă.
Această metodă de topire strat cu strat face posibilă crearea de forme complicate în interiorul matriței, cu care este greu de lucrat folosind metode tradiționale. De exemplu, echipamentul Platinum BLT-S400 poate controla dimensiunea minimă a caracteristicilor la 100 μm și rugozitatea inițială a suprafeței Ra la 8 μm pentru o dimensiune de turnare de 400 × 300 × 400 mm ³ prin scanare colaborativă multi-laser. Acest lucru oferă suport hardware pentru realizarea matrițelor cu o precizie foarte mare.
2, Patru moduri principale de a îmbunătăți acuratețea folosind tehnologia
1. Un canal de răcire flexibil care trece de la distribuirea uniformă a căldurii la controlul exact al temperaturii
Sistemul tipic de răcire a matriței folosește găuri drepte sau tehnologii de foraj, iar aranjarea circuitului de apă de răcire este limitată. Acest lucru poate face cu ușurință ca matrița să aibă o distribuție neuniformă a temperaturii, ceea ce poate duce la probleme precum deformarea și contracția produsului. Tehnologia de imprimare 3D metal a depășit această barieră. Cu proiectarea de optimizare a topologiei, în interiorul matriței poate fi realizat un canal de răcire conform care se potrivește perfect cu forma cavității matriței.
Tehnologia Platinum folosește oțel matriță BLT-18Ni300 și imprimare 3D pentru a face canalul de apă de răcire cu diametrul de 2-3 mm și distanța dintre canalul de apă de 5-8 mm. Acest lucru permite lichidului de răcire să afecteze direct zonele cu temperatură ridicată. Datele experimentale indică faptul că sistemul de răcire îmbunătățit poate reduce diferența de temperatură a suprafeței matriței de la 15-20 de grade în procedurile convenționale la sub 5 grade, poate reduce ciclul de turnare prin injecție cu 15% -30% și poate crește randamentul produsului cu peste 10%.
2. Structură ușoară: de la îndepărtarea materialului până la îmbunătățirea structurii
Atunci când faceți matrițe în mod-de modă veche, materialele de prisos sunt îndepărtate prin prelucrare mecanică. Acest lucru costă resurse și îngreunează crearea unor structuri interne complexe. Folosind metode de optimizare a topologiei, imprimarea 3D din metal poate elimina cu precizie elementele care nu sunt necesare, menținând în același timp matrița puternică, ceea ce duce la un design ușor.
De exemplu, după utilizarea tehnologiei de imprimare 3D pentru a face o matriță pentru o piesă de mașină, greutatea a fost redusă cu 35%, iar costul materialelor a fost redus cu 28%. În același timp, un design ușor face matrița mai puțin grea, reduce timpul necesar pentru schimbarea matriței cu 40% și crește foarte mult eficiența producției. Prin umplerea secțiunilor neportante-de sarcină-cu structuri de zăbrele, greutatea poate fi redusă și mai mult fără a pierde rigiditatea. Acesta este un nou mod de a face forme mai ușoare.
3. Integrarea funcțiilor complexe: de la o structură la multe funcții
Imprimarea 3D din metal are caracteristici de fabricație stratificate care fac posibilă combinarea mai multor structuri funcționale în matrițe. De exemplu, în matrițele de injecție, mecanismul ejectorului, glisorul, circuitul de apă de răcire și alte piese pot fi combinate într-o singură parte pentru a face asamblarea mai ușoară și mai puțin probabil să meargă greșit. Într-un scenariu de matriță medicală, imprimarea 3D a făcut ca matrița care obișnuia avea nevoie de 12 părți să fie asamblată în doar 2 părți. Acest lucru a redus timpul necesar pentru asamblarea matriței de la 8 ore la 1,5 ore și a menținut toleranța dimensională în ± 0,02 mm.
4. Inovație în materiale: de la aliaje universale la materiale personalizate
Imprimarea 3D metal poate funcționa cu o gamă largă de materiale, inclusiv oțel inoxidabil, aliaje de aluminiu, aliaje de titan și aliaje pe bază de nichel-. De asemenea, poate modifica proprietățile materialelor prin modificarea compoziției pulberii. De exemplu, în industria aerospațială, matrițele realizate cu Inconel 718, un aliaj pe bază de nichel-, pot rămâne puternice și pot rezista la coroziune chiar și la temperaturi de până la 650 de grade, ceea ce este necesar pentru condiții de lucru foarte dure. În domeniul medical, gestionarea porozității (30-70% schimbătoare) și a dimensiunii porilor (200-600 μm) a aliajelor de titan poate ajuta implanturile și oasele umane să funcționeze mai bine împreună, ceea ce poate face ca operația să aibă succes.
3, Tehnologie pentru post-procesare: de la turnare brută la precizie perfectă
Chiar dacă precizia inițială de formare a imprimării 3D din metal este la nivelul micrometrului, tehnologia de post-procesare trebuie adăugată pentru a îndeplini standardele stricte pentru calitatea suprafeței matriței, acuratețea dimensională și alte lucruri.
Tratamentul termic este o procedură care scapă de stresul rezidual și îmbunătățește microstructura materialelor. Câteva exemple sunt recoacerea în soluție și tratamentul îmbătrânirii. De exemplu, duritatea oțelului pentru scule H13 poate merge de la 38HRC la 52HRC după tratarea cu soluție la 1050 de grade și tratamentul de îmbătrânire la 620 de grade. Rezistența sa la uzură devine, de asemenea, mult mai bună.
Tratamentul suprafeței: Pentru a îmbunătăți suprafața, se utilizează sablare, lustruire, galvanizare și alte metode. Prin lustruire mecanică, rugozitatea suprafeței unei anumite carcase de matriță de precizie a fost scăzută de la Ra8 μm la Ra0,4 μm. Aceasta a îndeplinit standardele de turnare prin injecție pentru produsele de calitate optică.
Prelucrare de precizie: frezare CNC sau prelucrare EDM a articolelor importante cu toleranțe stricte de dimensiune. De exemplu, o anumită matriță de conector este realizată folosind atât imprimarea 3D, cât și fabricarea compozitelor CNC, iar spațiul de împerechere este menținut la 0,005 mm, care este cel mai înalt nivel din lume.