Hvordan kan 3D-utskrift av metall oppnå høy-presisjonsstøping av støpeformer?

一, Teknisk prinsipp: fra mikrosmeltebasseng til makronøyaktighet, presis kontroll
Hovedideen bak 3D-utskrift av metall er å smelte metallpulver lag for lag ved å bruke varmekilder med høy-energi. Dette gjør det mulig å gå rett fra digitale modeller til ekte deler. For eksempel har prosessflyten for laserselektiv smelting (SLM)-teknologi fire hovedtrinn:
Pulverspredning: En toveis skrapemekanisme sprer metallpulveret likt over arbeidsbenken. Tykkelsen på belegget kan reguleres veldig nøyaktig, mellom 5 og 50 μm, noe som gir grunnlag for mikrometer-nivånøyaktighet.
Laserskanning: En f-theta-linse fokuserer høy-strålen fra en 200W fiberlaser for å lage et punkt som er mindre enn 100 μm i diameter. Pulveret smeltes langs en forhåndsdefinert bane med en hastighet på 3000 mm/s, og bredden på det smeltede bassenget er rundt to til tre ganger diameteren til stedet.
Lag for lag stabling: Etter at hvert lag er smeltet, går arbeidsbenken ned med høyden på ett lag, og pulverleggingssmelteprosessen gjentas til tre-dimensjonal fast formasjon oppnås ved lag for lag stabling.
Kontroller atmosfæren: Hold støpekammeret fylt med en inert gass som har mindre enn 0,1 % oksygen. Dette vil stoppe metall fra å oksidere og holde materialets ytelse stabil.
Denne metoden for å smelte lag på lag gjør det mulig å lage intrikate former inne i formen som det er vanskelig å jobbe med ved bruk av tradisjonelle metoder. For eksempel kan Platinum BLT-S400-utstyret kontrollere minimumsfunksjonsstørrelsen til innenfor 100 μm og den opprinnelige overflateruheten Ra til innenfor 8 μm for en formstørrelse på 400 × 300 × 400 mm ³ gjennom multi-lasersamarbeidsskanning. Dette gir maskinvarestøtte for å lage former med svært høy nøyaktighet.
2, Fire hovedmåter for å forbedre nøyaktigheten ved hjelp av teknologi
1. En fleksibel kjølekanal som går fra jevn varmespredning til nøyaktig temperaturkontroll
Det typiske formkjølesystemet bruker rette hull eller boreteknologier, og arrangementet av kjølevannskretsen er begrenset. Dette kan lett føre til at formen får ujevn temperaturfordeling, noe som kan føre til problemer som produktdeformasjon og krymping. Metall 3D-utskriftsteknologi har brutt forbi denne barrieren. Med topologioptimaliseringsdesign kan en konform kjølekanal som passer perfekt til formen hulrom lages inne i formen.
Platinum Technology bruker BLT-18Ni300 formstål og 3D-utskrift for å gjøre kjølevannskanalen 2-3 mm i diameter og vannkanalavstanden 5-8 mm. Dette lar kjølevæsken direkte påvirke områder med høy temperatur. Eksperimentelle data indikerer at det forbedrede kjølesystemet kan redusere formens overflatetemperaturforskjell fra 15-20 grader i konvensjonelle prosedyrer til under 5 grader, redusere sprøytestøpesyklusen med 15% -30% og øke produktutbyttet med over 10%.
2. Lettvektsstruktur: fra å ta bort materiale til å gjøre strukturen bedre
Når du lager former på den gamle-måten, fjernes overflødige materialer ved mekanisk bearbeiding. Dette koster ressurser og gjør det vanskelig å lage intrikate interne strukturer. Ved å bruke topologioptimaliseringsmetoder kan 3D-utskrift av metall nøyaktig fjerne elementer som ikke er nødvendige samtidig som formen holdes sterk, noe som fører til en lett design.
For eksempel, etter å ha brukt 3D-utskriftsteknologi for å lage en form for en bildeler, ble vekten kuttet med 35 % og materialkostnadene med 28 %. Samtidig gjør en lett design formen mindre tung, reduserer tiden det tar å skifte formen med 40 %, og øker produksjonseffektiviteten betraktelig. Ved å fylle de ikke-lastbærende-seksjonene med gitterstrukturer, kan vekten reduseres ytterligere uten å miste stivhet. Dette er en ny måte å gjøre former lettere på.
3. Kompleks funksjonsintegrasjon: Fra én struktur til mange funksjoner
Metall 3D-utskrift har lagdelte produksjonsfunksjoner som gjør det mulig å kombinere flere funksjonelle strukturer til former. For eksempel, i sprøyteformer, kan ejektormekanismen, glideren, kjølevannskretsen og andre deler kombineres til én del for å gjøre monteringen enklere og mindre sannsynlighet for å gå galt. I et medisinsk moldscenario laget 3D-utskrift formen som pleide å trenge 12 deler for å bli satt sammen til bare 2 deler. Dette kuttet tiden det tok å sette sammen formen fra 8 timer til 1,5 timer og holdt dimensjonstoleransen innenfor ± 0,02 mm.
4. Innovasjon i materialer: Fra universelle legeringer til tilpassede materialer
3D-utskrift av metall kan fungere med et bredt spekter av materialer, inkludert rustfritt stål, aluminiumslegeringer, titanlegeringer og nikkel-baserte legeringer. Det kan også endre egenskapene til materialer ved å endre sammensetningen av pulveret. For eksempel, i romfartsindustrien kan støpeformer laget med Inconel 718, en nikkel-basert legering, holde seg sterke og motstå korrosjon selv ved temperaturer så høye som 650 grader, noe som er nødvendig for svært tøffe arbeidsforhold. Innen det medisinske feltet kan håndtering av porøsiteten (30–70 % foranderlig) og porestørrelsen (200–600 μm) til titanlegeringer hjelpe implantater og menneskelige bein til å fungere bedre sammen, noe som kan gjøre kirurgi mer vellykket.
3, Teknologi for etter-behandling: fra grov støping til perfekt nøyaktighet
Selv om den opprinnelige formingspresisjonen til 3D-utskrift av metall er på mikrometernivå, må etter-behandlingsteknologi fortsatt legges til for å møte strenge standarder for formoverflatekvalitet, dimensjonsnøyaktighet og andre ting.
Varmebehandling er en prosedyre som fjerner reststress og forbedrer mikrostrukturen til materialer. Noen eksempler er løsningsgløding og aldersbehandling. For eksempel kan hardheten til H13 verktøystål gå fra 38HRC til 52HRC etter løsningsbehandling ved 1050 grader og aldringsbehandling ved 620 grader. Slitestyrken blir også mye bedre.
Overflatebehandling: For å gjøre overflaten bedre brukes sandblåsing, polering, galvanisering og andre metoder. Gjennom mekanisk polering ble overflateruheten til en viss presisjonsformkasse redusert fra Ra8 μm til Ra0,4 μm. Dette oppfylte sprøytestøpingsstandardene for produkter av optisk kvalitet.
Presisjonsmaskinering: CNC-fresing eller EDM-bearbeiding av viktige gjenstander med strenge størrelsestoleranser. For eksempel lages en viss koblingsform ved hjelp av både 3D-utskrift og CNC-komposittproduksjon, og parringsklaringen holdes innenfor 0,005 mm, som er det høyeste nivået i verden.