Care sunt avantajele de bază ale utilizării imprimării 3D din metal în fabricarea matrițelor?

1. Depășirea limitelor de proiectare: crearea de structuri complexe într-o formă liberă-
Logica de „înlăturare a materialului” a prelucrării subtractive limitează fabricarea tradițională a matrițelor. Poate fi dificil să se realizeze canale de curgere interne complexe, suprafețe neuniforme și alte structuri sau poate necesita asamblarea mai multor părți, ceea ce crește costurile și scade fiabilitatea. „Stivuirea strat cu strat” caracteristică tipăririi 3D din metal sfidează în totalitate această barieră. Principalele sale beneficii sunt:
Proiectarea unui canal de apă de răcire conform: Cu tehnologia de topire cu strat de pulbere laser (LPBF), geometriile canalelor de curgere în spirală, plasă sau biomimetică care se potrivesc strâns pe cavitatea matriței pot fi produse direct. De exemplu, Conflux Technology din Australia a realizat un schimbător de căldură imprimat-3D pentru sectorul aerospațial, cu pereți care au o grosime de numai 0,3 mm la interior. În comparație cu modelele anterioare, eficiența schimbului de căldură crește cu 40%, iar căderea de presiune scade cu 25%.
Fabricarea integrată a duzelor calde: Duzele fierbinți tradiționale trebuie să fie asamblate din mai multe părți. Imprimarea 3D din metal poate face corpul duzei fierbinți, fanta elementului de încălzire și canalul de curgere simultan. Acest lucru reduce golurile și rupturile care apar atunci când piesele se extind și se contractă din cauza căldurii și, de asemenea, face procesul de injecție mai stabil.
Matrite cu modele complicate: este greu să realizați structuri complicate la micro-scalare cu metode tradiționale, cum ar fi blocuri pentru modele de cauciuc pentru anvelope și forme pentru modele pentru talpi de pantofi. Imprimarea 3D din metal poate face imprimare neacceptată prin utilizarea unui control spot de înaltă-precizie (cum ar fi procesul LPBF la scară micro, care are un diametru spot de numai 20 μm) și valori Ra de rugozitate a suprafeței de până la 0,8 μm. Acest lucru reduce nevoia de lustruire ulterioară.
2. Scurtarea ciclului de fabricație: de la săptămâni la 48 de ore
Realizarea matrițelor tradiționale necesită mai mult de zece pași, cum ar fi proiectarea matriței, prelucrarea CNC, tratamentul termic, asamblarea și depanarea. Întregul proces poate dura săptămâni sau chiar luni. Modelul „proiectare ca producție” al imprimării 3D din metal facilitează procesul prin includerea modelării 3D, procesării tăierii, turnării prin imprimare și post-procesării. Acest lucru reduce timpul necesar pentru livrarea produsului.
Verificarea prototipării rapide: un anumit producător de piese auto a început să folosească imprimarea 3D din metal pentru a reduce timpul necesar pentru realizarea unei matrițe de injecție dificile de la 15 zile la 3 zile, ceea ce accelerează procesul de realizare a produselor noi.
Producție personalizată la scară mică-: imprimarea 3D din metal poate fi utilizată pentru a realiza piese metalice interioare pentru mașini personalizate de-de ultimă generație sau piese de transmisie specializate pentru mașini de curse. Nu necesită deschiderea unei matrițe, ceea ce reduce costul fiecărei piese cu 30% în comparație cu metodele tradiționale și facilitează schimbarea des a designului.
Răspuns de întreținere de urgență: în sectorul echipamentelor energetice, o anumită companie a folosit tehnologia de imprimare 3D din metal pentru a repara voluta pompei din aliaj de-înaltă temperatură în mai puțin de 48 de ore, prevenind pierderile de la oprirea echipamentului.
3. Îmbunătățiți randamentul și eficiența producției prin optimizarea performanței de răcire.
Calitatea pieselor turnate prin injecție este foarte afectată de sistemul de răcire a matriței. Datorită aranjamentului lor limitat, canalele tradiționale de răcire cu orificii drepte pot cauza temperaturi inconsistente ale matriței, ceea ce poate duce la probleme, inclusiv îndoirea și deformarea produsului. Metoda de răcire conformă pentru imprimarea 3D pe metal aduce îmbunătățiri mari ale performanței prin trei moduri principale:
Designul canalului de curgere biomimetic asigură că apa de răcire acoperă uniform cavitatea matriței, ceea ce menține câmpul de temperatură uniform. Rata de deformare a produsului a scăzut de la 0,8% la 0,2%, iar rata de randament a crescut la 99,5% după ce un anumit tip de conector electric a folosit un canal de apă conform tipărit 3D.
Zhongrui Technology a realizat o matriță pentru aer condiționat pentru o companie de electrocasnice pentru a scurta ciclul de turnare. Prin îmbunătățirea aranjamentului canalului de răcire, ciclul de turnare prin injecție a trecut de la 45 de secunde la 30 de secunde, iar capacitatea anuală de producție a unui dispozitiv a crescut cu 120.000 de bucăți.
Consum mai redus de energie: CoolestDC din Singapore a produs o placă răcită cu lichid imprimată 3D-, cu un design integrat fără sudură, care utilizează cu 15% mai puțină energie decât plăcile obișnuite răcite cu lichid lipite și nu are șanse de scurgere.
4. Design ușor: economisește bani pe materiale și transport
Greutatea matriței are un impact direct asupra cantității de energie utilizată în procesare, costul transportului și siguranța în timpul lucrului. Tehnologia de optimizare a topologiei în imprimarea 3D din metal poate elimina cel mai mare material, păstrând totuși structura puternică.
O matriță specifică-de turnare sub presiune folosește o structură de susținere a zăbrelei diamantate imprimată 3D-care o face cu 35% mai ușoară și cu 20% mai durată-.
Design modular: matrițele mari pot fi împărțite în module mai mici și mai ușoare pentru imprimare. Aceste module pot fi apoi asamblate folosind conexiuni mecanice pentru a reduce riscul transportului unei singure piese. De exemplu, o companie care produce echipamente eoliene a tăiat o matriță pentru o lamă cu diametrul de 2-metri în 8 bucăți, ceea ce a redus costurile de transport cu 40%.
Integrare funcțională: imprimarea 3D din metal poate combina canale de răcire, știfturi de evacuare, fante de evacuare și alte componente funcționale, ceea ce reduce cantitatea de piese necesare pentru o matriță. Designul integrat a redus numărul de piese dintr-o anumită matriță pentru bara de protecție de la 127 la 38, iar timpul necesar pentru a le asambla a fost redus cu 70%.
5. Compatibilitatea materialelor: funcționează cu metale-de înaltă performanță și materiale compozite
Fabricarea tradițională a matriței folosește în principal oțel și aliaje de aluminiu, dar imprimarea 3D pe metal poate folosi materiale unice, cum ar fi aliajele de titan, aliajele de-înaltă temperatură și aliajele de cupru, pentru a lucra în medii foarte dure.
Un anume producător de motoare cu turbină din zona aerospațială folosește volute din aliaj de titan imprimate 3D pentru a îmbunătăți designul rutei fluxului de aer. Acest lucru face ca raportul forță-la-greutate să fie cu 5% mai mare și rezistența la temperatură de până la 600 de grade .
O companie de energie nucleară folosește supape de aliaj de-înaltă temperatură pe bază de nichel imprimate 3D în zona echipamentelor energetice pentru a obține 100.000 de cicluri fără scurgeri-la 10 MPa și 550 de grade . Aceste supape durează de trei ori mai mult decât piesele turnate standard.
Disiparea căldurii microelectronice: un furnizor de servicii de centru de date folosește module de răcire cu lichid din aliaj de cupru imprimate-3D-, cu o conductivitate termică de 398 W/(m · K). Acest lucru face ca disiparea căldurii să fie cu 60% mai eficientă decât modulele din aluminiu.