Melyek a fém 3D nyomtatás használatának fő előnyei a szerszámgyártásban?

1. Tervezési korlátok áttörése: összetett struktúrák létrehozása szabad-formájú módon
A kivonó feldolgozás "anyageltávolítási" logikája korlátozza a hagyományos formagyártást. Nehéz lehet bonyolult belső áramlási csatornákat, egyenetlen felületeket és egyéb szerkezeteket létrehozni, vagy több alkatrész összerakását igényelheti, ami növeli a költségeket és csökkenti a megbízhatóságot. A fém 3D-nyomtatásra jellemző "rétegről rétegre halmozás" teljes mértékben ellenáll ennek az akadálynak. Fő előnyei a következők:
Konform hűtővíz csatorna kialakítása: A lézerpor ágyú olvasztási (LPBF) technológiával a formaüreghez szorosan illeszkedő spirális, hálós vagy biomimetikus áramlási csatorna geometriák közvetlenül előállíthatók. Az ausztrál Conflux Technology például egy 3D-s-nyomtatott hőcserélőt készített a repülőgépipar számára, amelynek falai csak 0,3 mm vastagok belülről. A korábbi tervekhez képest a hőcsere hatásfoka 40%-kal nő, a nyomásesés pedig 25%-kal csökken.
Integrált forró fúvókák gyártása: A hagyományos forró fúvókákat több részből kell összeállítani. A fém 3D nyomtatás egyszerre készítheti el a forró fúvókatestet, a fűtőelem-nyílást és az áramlási csatornát. Ez csökkenti a hézagokat és töréseket, amelyek akkor keletkeznek, amikor az alkatrészek hő hatására kitágulnak és összehúzódnak, és stabilabbá teszi a befecskendezési folyamatot.
Bonyolult mintaformák: Nehéz mikro-méretre bonyolult szerkezeteket készíteni hagyományos módszerekkel, például gumiabroncs-mintázat-blokkokkal és cipőtalp-mintázattal. A fémes 3D-nyomtatás nem támogatott nyomtatást végezhet, ha nagy-pontosságú pontvezérlést használ (például a mikroléptékű LPBF-eljárást, amelynek a folt átmérője mindössze 20 μm), és a felületi érdesség Ra értékei már 0,8 μm. Ez csökkenti a későbbi polírozás szükségességét.
2. Gyártási ciklus lerövidítése: hetekről 48 órára
A hagyományos formák készítése több mint tíz lépésből áll, mint például a forma tervezése, CNC megmunkálás, hőkezelés, összeszerelés és hibaelhárítás. Az egész folyamat hetekig vagy akár hónapokig is eltarthat. A fém 3D nyomtatás „tervezésként gyártási” modellje megkönnyíti a folyamatot azáltal, hogy magában foglalja a 3D modellezést, a szeletelési feldolgozást, a nyomtatási formázást és az utófeldolgozást. Ez csökkenti a termék kiszállításának idejét.
A gyors prototípusgyártás ellenőrzése: Egy bizonyos autóalkatrész-gyártó fém 3D nyomtatást kezdett el használni, hogy egy nehéz fröccsöntő szerszám elkészítéséhez szükséges időt 15 napról 3 napra csökkentse, ami felgyorsítja az új termékek előállításának folyamatát.
Kis-léptékű egyedi gyártás: A fém 3D-nyomtatással belső fémalkatrészek készíthetők-csúcskategóriás egyedi autókhoz, vagy speciális váltóalkatrészek versenyautókhoz. Nincs szükség öntőforma kinyitására, ami 30%-kal csökkenti az egyes darabok költségét a hagyományos módszerekhez képest, és megkönnyíti a forma gyakori cseréjét.
Vészhelyzeti karbantartási reakció: Az energetikai berendezések szektorában egy bizonyos vállalat fém 3D nyomtatási technológiát használt a magas hőmérsékletű ötvözetből készült szivattyú spiráljának 48 órán belüli rögzítésére, megakadályozva ezzel a berendezés leállását.
3. Növelje a hozamot és a termelési hatékonyságot a hűtési teljesítmény optimalizálásával.
A fröccsöntött alkatrészek minőségét nagyban befolyásolja a forma hűtőrendszere. Korlátozott elrendezésük miatt a hagyományos, egyenes lyukú hűtőcsatornák inkonzisztens formahőmérsékletet okozhatnak, ami problémákhoz vezethet, beleértve a termék meghajlását és deformálódását. A fém 3D-nyomtatás konform hűtési módszere három fő módon javítja a teljesítményt:
A biomimetikus áramlási csatorna kialakítása gondoskodik arról, hogy a hűtővíz egyenletesen fedje be a formaüreget, ami egyenletesen tartja a hőmérsékleti mezőt. A termék vetemedési rátája 0,8%-ról 0,2%-ra csökkent, hozama pedig 99,5%-ra nőtt, miután egy bizonyos elektromos csatlakozó szerszám 3D nyomtatott konform vízcsatornát használt.
A Zhongrui Technology légkondicionáló héjformát készített egy háztartási gépeket gyártó cég számára, hogy lerövidítse az öntési ciklust. A hűtőcsatorna elrendezésének javításával a fröccsöntési ciklus 45 másodpercről 30 másodpercre nőtt, egy készülék éves gyártási kapacitása pedig 120 000 darabbal nőtt.
Alacsonyabb energiafelhasználás: A szingapúri CoolestDC egy 3D-s-nyomtatott, folyadékhűtéses lemezt gyártott, integrált varratmentes kialakítással, amely 15%-kal kevesebb energiát használ fel, mint a hagyományos forrasztott, folyadékhűtésű lemezek, és nincs esélye a szivárgásra.
4. Könnyű kialakítás: pénzt takarít meg az anyagokon és a szállításon
A forma súlya közvetlen hatással van a feldolgozás során felhasznált energia mennyiségére, a szállítási költségekre és a munkavégzés biztonságára. A fém 3D nyomtatás topológiaoptimalizálási technológiája a legtöbb anyagot képes eltávolítani, miközben a szerkezet erős marad.
Egy adott fröccsöntő-öntőforma 3D-nyomtatott gyémánt rácsos tartószerkezetet használ, amely 35%-kal könnyebbé és 20%-kal hosszabb-tartóssá teszi.
Moduláris kialakítás: A nagy formák kisebb, könnyebb modulokra bonthatók a nyomtatáshoz. Ezek a modulok ezután mechanikus csatlakozásokkal összeállíthatók, hogy csökkentsék az egyetlen darab szállításának kockázatát. Például egy szélerőműveket gyártó cég egy 2- méter átmérőjű penge öntőformáját 8 darabra vágja, ami 40%-kal csökkenti a szállítási költségeket.
Funkcionális integráció: A fém 3D nyomtatás kombinálhatja a hűtőcsatornákat, a kidobócsapokat, a kipufogónyílásokat és más funkcionális komponenseket, ami csökkenti a formához szükséges alkatrészek mennyiségét. Az integrált tervezésnek köszönhetően egy bizonyos autó lökhárítószerszámban lévő alkatrészek száma 127-ről 38-ra csökkent, az összeszerelésükhöz szükséges idő pedig 70%-kal csökkent.
5. Anyagkompatibilitás: nagy teljesítményű-fémekkel és kompozit anyagokkal működik
A hagyományos öntőformagyártás többnyire öntőacélt és alumíniumötvözeteket használ, de a fém 3D-nyomtatáshoz olyan egyedi anyagokat is használhatnak, mint a titánötvözetek, a magas hőmérsékletű ötvözetek és a rézötvözetek a nagyon zord körülmények között.
Egy bizonyos turbinamotor-gyártó a repülőgépiparban 3D nyomtatott titánötvözet spirálokat alkalmaz a légáramlási útvonal tervezésének javítására. Ez 5%-kal növeli a tolóerő-/-tömeg arányt, a hőmérsékletállóság pedig akár 600 fokot is.
Egy atomenergetikai vállalat 3D nyomtatott nikkel-alapú, magas hőmérsékletű, ötvözetből készült Ezek a szelepek háromszor tovább tartanak, mint a szabványos öntvények.
Mikroelektronikai hőleadás: Egy adatközponti szolgáltató 3D-s-nyomtatott rézötvözet folyadék-hűtésű modulokat alkalmaz 398 W/(m · K) hővezető képességgel. Ez 60%-kal hatékonyabbá teszi a hőelvezetést, mint az alumínium modulok.