Pot fi fabricate matrițe de dimensiuni mari-prin imprimare 3D din metal?

1. Un mare pas înainte în-imprimarea 3D pe metal la scară largă: de la laborator la fabrică
Ideea principală din spatele imprimării 3D din metal este de a stivui materiale metalice unele peste altele și de a utiliza fascicule de-energie mare, cum ar fi laserele sau fasciculele de electroni, pentru a realiza direct structuri complicate. Când vine vorba de realizarea de matrițe mari, au existat progrese mari în trei domenii:
Extinderea formatului echipamentului
Echipamentul laser cu radiu LiM-X1500H poate modela piese cu dimensiuni de 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Poate imprima atât secțiuni rotunde, cât și pătrate ale motoarelor de aviație în același timp. Există o mulțime de structuri goale și nervuri de armare în această parte. Procedurile tradiționale necesită procesare în bloc și îmbinare, în timp ce tehnologia SLM reduce ciclul de fabricație cu peste 50% și utilizează mai mult de 90% din material prin turnare integrată. Mai important, echipamentul său LiM-X800H+, care a apărut în 2024, are o înălțime netă de formare de 2,5 metri și a fost capabil să realizeze componente structurale spiralate din aliaj de titan cu dimensiuni de 418 mm × 362 mm × 2210 mm. Acest lucru demonstrează că echipamentul este suficient de stabil pentru a realiza componente mari și ușoare.
Colaborare între multe lasere și îmbunătățirea procesului
Controlul stresului termic este o problemă pentru tipărirea-la scară largă. Când imprimați peste rame de avioane din aliaj de titan de 6-metri, Leiming laser adoptă tehnologia de colaborare cu mai multe-laser pentru a crește rata de suprapunere a punctelor laser la 30%. Atunci când este utilizat cu o abordare dinamică de distribuție a pulberii, aceasta reduce stresul rezidual cu 40%, ceea ce asigură că dimensiunile pieselor ultra-mari (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) sunt corecte. Designul de optimizare a topologiei schimbătorului de căldură din aliaj de aluminiu (569 mm × 527 mm × 512 mm) arată, de asemenea, modul în care tehnologia SLM poate fi utilizată pentru a combina canalul de curgere și structura principală. Aceasta arată cât de flexibilă este metoda pentru sistemele complexe de răcire.
Inovație în producția hibridă și post{0}}procesare
Laiming Laser a dezvoltat o soluție de producție aditivă cu laser verde pentru materiale anti--metale, cum ar fi cuprul pur. Acest sistem a imprimat cu succes camere de împingere din cupru pur și structuri ale aripioarelor de disipare a căldurii. Această metodă depășește limita de absorbție a laserelor roșii obișnuite pe materiale care reacționează rapid, făcând imprimarea cuprului pur de trei ori mai eficientă. Rugozitatea suprafeței este Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Utilizarea în industrie a producției masive de matrițe: de la testarea ideilor până la fabricarea lor în cantități mari
Imprimarea 3D din metal a fost folosită în mai multe companii-de înaltă calitate pentru realizarea de matrițe mari, iar valoarea sa a fost dovedită prin exemple-lumii reale:
Integrare ușoară și funcțională în domeniul aerospațial
Nevoia de cadre ușoare pentru drone în economia de-altitudine joasă a dus la utilizarea imprimării 3D la scară largă-. Luming Laser a folosit LiM-X260A pentru a imprima un cadru de dronă din aliaj de titan care are 153 mm × 153 mm × 25 mm și cântărește sub 0,3 kg. Optimizarea topologiei reduce numărul de piese și numărul de pași în procesul de producție de la 12 la 3. Ciclul de imprimare este, de asemenea, redus la 5 ore. Acest scenariu arată că imprimarea 3D din metal poate găsi un echilibru între greutate și rezistența structurală, ceea ce este foarte important pentru ca echipamentele aeronavei să funcționeze mai bine.
Echipamente energetice: reunirea sistemelor complicate de răcire într-o singură bucată
Proiectarea canalului de răcire în matrițe mari de schimbător de căldură are un impact direct asupra eficienței echipamentelor nucleare. Metodele tradiționale necesită sute de găuri de răcire forate în matriță. Imprimarea 3D din metal, pe de altă parte, creează un canal de apă de răcire conform care reduce distanța fluxului de lichid de răcire cu 60% și crește eficiența transferului de căldură cu 25%. De exemplu, tehnologia SLM a fost folosită pentru a imprima o matriță pentru un generator de abur cu energie nucleară care avea un canal de apă de răcire care avea doar 2 mm lățime. Această matriță avea 1,2 metri înălțime și avea un control uniform al temperaturii, ceea ce a rezolvat problema oboselii materialelor care se întâmplă atunci când piesele se încălzesc prea mult în procesele tradiționale.
Fabricarea de automobile: efectuarea rapidă de modificări la matrițe mari
Majoritatea matrițelor pentru panouri de mașină sunt mai mari de 3 metri, iar metodele tradiționale de turnare necesită un ciclu de producție de probă de 6 până la 8 săptămâni. Iar imprimarea 3D din metal reduce timpul necesar pentru realizarea unui miez de matriță la două săptămâni prin fabricarea lui direct. O anumită marcă de vehicule cu energie nouă a folosit tehnologia DED pentru a fixa matrițe mari-de turnare sub presiune. Stratul -rezistent la uzură de pe suprafața matriței a fost fixat în 48 de ore prin alimentarea și topirea pulberii în același timp. Stratul de reparare a fost dur HRC52, care este cu 20% mai dur decât metoda tipică de sudare. Aceasta înseamnă că matrița nu își va schimba forma din cauza zonei afectate de căldură.
3. Provocări tehnologice și tendințe viitoare: de la descoperiri într-un singur punct la restructurarea mediului
Chiar dacă imprimarea 3D pe metal la scară mare-are mult potențial, are încă trei mari probleme care trebuie rezolvate înainte de a putea fi utilizată pe scară largă:
Controlul costurilor și performanței materialelor
Fabricarea matriței necesită materiale care au fost stinse și întărite, dar imprimarea 3D poate răci rapid materialele, ceea ce le poate face mai casante. Soluția este să faceți pulbere de oțel cu îmbătrânire martensitică cu-stres scăzut și să o tratați termic-pentru a îngreuna 52HRC. Folosind tehnica de imprimare a materialului în gradient, un strat dur este pus pe suprafața matriței, păstrând în același timp o matrice dură în zona miezului. Aceasta echilibrează rezistența la uzură și rezistența la impact.
Testarea stabilității și calității procesului
La imprimarea la scară mare, supraîncălzirea locală sau contaminarea cu pulbere poate duce la creșterea ratei defecțiunilor. Industria face eforturi pentru tehnologii de monitorizare in-situ, cum ar fi echipamentul LiM-X800H+ care combină camerele de termoviziune cu infraroșu și sistemele de monitorizare a bazinului de topire cu un laser cu radiu. Această tehnologie poate modifica puterea laserului în timp real și poate reduce numărul de defecte de la 3% la 0,5%. În același timp, modelele de predicție a defectelor bazate pe IA-poate găsi factori de risc din timp, analizând datele de tipărire anterioare, ceea ce ajută la menținerea stabilă a calității și mai mult.
Colaborare și standardizare în lanțul industrial
Realizarea matrițelor uriașe necesită combinarea mai multor pași, cum ar fi imprimarea 3D, prelucrarea CNC și tratamentul termic. GF Processing Solutions a lansat o soluție de producție „piese hibride” care utilizează stații de lucru automate pentru a combina fără probleme procesele subtractive și aditive. Acest lucru reduce timpul necesar pentru a face matrițe cu 40%. Introducerea standardului ISO/ASTM 52921 stabilește, de asemenea, standarde pentru factori importanți, cum ar fi toleranțele dimensionale și rugozitatea suprafeței pentru imprimarea 3D pe metal la scară mare-. Acest lucru face posibil ca industriei să utilizeze această tehnologie la scară largă.