Hvordan kan 3D-utskrift av metall bidra til å forkorte formproduksjonssyklusen?

一, Process Refactoring: Flytte fra "Serial Processing" til "Parallell Manufacturing"
Tradisjonell formproduksjon bruker "seriell prosessering"-paradigmet, der hver operasjon utføres i rekkefølge, og enhver forsinkelse i en kobling vil resultere i en totalt sett lengre syklus. For eksempel tar standard formproduksjonsprosessen for en viss bildelsprodusent 120 timer bare for elektrodebearbeidings- og utladningsbearbeidingsfasene. Dette betyr at det er større sjanse for å gjøre feil fordi det er så mange klem- og posisjoneringstrinn. Med «parallell produksjon»-modus integrerer 3D-utskriftsteknologi av metall de tre hovedtrinnene design, utskrift og etter-behandling uten tidshull, noe som er en stor endring fra gamle metoder:
Integrasjon av design og utskrift: Etter å ha fullført formdesignet i 3D-modelleringsprogramvare, kan designere bygge skivedata med en gang og sende dem til 3D-skrivere uten å måtte lage elektroder, skrive CNC-instruksjoner eller undersøke prosessen. Luftkondisjoneringsskallformen produsert av Zhongrui Technology for et bestemt husholdningsapparatfirma tar bare 72 timer fra design til utskrift, som er 60 % kortere enn standardteknikker.
Parallell prosessering av flere oppgaver: Utstyret kan lage flere formkomponenter samtidig mens det skrives ut, det er derfor ikke nødvendig for folk å være involvert. For eksempel bruker en viss støpeformprodusent en 3D-laser-laserskriver for å bygge 16 konkave formhulrom samtidig på 48 timer. Dette er 8 ganger raskere enn vanlig behandling i ett stykke.
Enklere etter-behandlingsprosess: For å komme til prøveformstadiet trenger den trykte formen bare gjennom noen grunnleggende trinn, som å kutte ledningene, fjerne støtten og varme formen. I følge en casestudie av en elektronisk koblingsform tar 3D-trykte former 70 % mindre tid å fullføre enn tradisjonelle former, og det er ikke nødvendig å gjøre det samme arbeidet om og om igjen.
2, Innovasjon i prosessen: Den lette konstruksjonen og periodiske kompresjonsvirkningen til konform kjøling
Kjølesystemet for formen er en stor del av produksjonssyklusen. På grunn av deres begrensede arkitektur har tradisjonelle vannkanaler med rette hull en tendens til å ha inkonsekvente formtemperaturer og trenger lengre kjøletider for å forhindre at produktene endrer form. Metall 3D-utskriftsteknologi forbedrer både kjøleeffektivitet og produksjonssyklus ved å bruke to nye prosesser:
Design av konform kjølevannskanal: Designere kan bruke "fri støping"-aspektet ved 3D-utskrift for å lage spiral-, mesh- eller biomimetiske strømningskanalformer som matcher formhulen veldig tett. Etter å ha brukt en konform vannvei for en viss kjøretøystøtfangerform, har sprøytestøpesyklusen blitt kuttet ned fra 45 sekunder til 30 sekunder, og den årlige produksjonskapasiteten til en enhet har økt med 120 000 stykker. Den konforme vannveien er enda viktigere siden den kvitter seg med den "kjølende blindsonen" som tradisjonelle vannveier har. Dette senker produktforvrengningshastigheten fra 0,8 % til 0,2 % og øker utbyttegraden til 99,5 %, noe som reduserer tiden som trengs for muggtesting og omarbeiding.
Lettvekts strukturell optimalisering: Topologioptimeringsteknologi kan hjelpe 3D-utskrift av metall med å ta ut ekstra materialer fra støpeformer, som kan redusere vekten med 30 % til 50 % samtidig som den sørger for at strukturen er sterk. Et selskap som lager vindkraftutstyr har delt en 2-meter bred bladform i 8 lette moduler for utskrift. Dette reduserer fraktkostnadene med 40 %. Tiden det tar å erstatte en enkelt modul er også kuttet fra 2 timer til 30 minutter, noe som forkorter vedlikeholdssyklusen betraktelig.
3, Materialoptimalisering: Periodiske gjennombrudd i høyytelseslegeringer og komposittmaterialer-
Måten formmaterialer fungerer på har en direkte effekt på hvor vanskelig det er å behandle og hvor lang tid det tar å lage noe. Fordi tradisjonelt formstål er ganske hardt og ikke overfører varme godt, må det varme-behandles flere ganger og maskineres veldig nøyaktig for å passe bruksbehov. Men 3D-utskriftsteknologi av metall overvinner ytelsesgrensene til standardmaterialer ved å endre måten materialer lages på og måten de brukes på.
Direkte utskrift av høy-temperaturlegeringer: En viss produsent av turbinmotorer bruker 3D-utskrift for å lage volutter av nikkel-baserte-høytemperaturlegeringer. Den får 100 000 lekkasje-frie sykluser i et miljø med høy-temperatur på 600 grader ved å optimalisere laserinnstillinger og støttestrukturer. Levetiden er tre ganger lengre enn for tradisjonelle støpegods, og den trenger ikke å være varm isostatisk presset etterpå, noe som forkorter produksjonssyklusen med 20 %.
Effektiv varmespredning av kobberlegering: En tjenesteleverandør av datasenter bruker 3D-trykte væskekjølte moduler av kobberlegering med en termisk ledningsevne på 398W/(m · K). Dette gjør dem 60 % mer effektive til å kvitte seg med varme enn aluminiumsmoduler. Integrert utskrift kvitter seg med risikoen for sveiselekkasje, noe som reduserer tiden det tar å feilsøke serverens varmeavledningssystem fra 7 dager til 3 dager.
Funksjonell integrering av komposittmaterialer: 3D-utskrift av metall kan få praktiske strukturer som kjølekanaler, ejektorstifter og eksosåpninger til å fungere sammen. Gjennom integrert design har antall deler i en gitt bilinteriørform blitt kuttet ned fra 127 til 38. Tiden det tar å sette formen sammen er kuttet med 70 %, og moldlekkasjeraten har sunket til mindre enn 0,1 % siden det er færre tetningsledd.
4, Kasusstudie: Det sykliske skiftet fra laboratorium til produksjonslinje
Innen medisinsk støpeformer bruker et bestemt medisinsk utstyrsselskap 3D-utskriftsteknologi av metall for å lage ortopediske implantatformer. Sprøytestøpesyklusen senkes fra 120 sekunder til 75 sekunder takket være konform kjøledesign. Stabiliteten til produktstørrelsen er forbedret med 50 %, og den daglige produksjonskapasiteten går fra 500 stykker til 800 stykker. Dette dekker behovet for akuttmedisinsk utstyr.
I forbrukerelektronikkindustrien bruker et selskap som lager mobiltelefoner 3D-utskrift for å lage former for USB-toppdeksler. Ved å gjøre den konforme vannveisdesignen bedre, reduseres støpesyklusen for sprøytestøpte komponenter med 45 %, og den direkte passeringsraten for varer går opp fra 82 % til 95 %. Dette er fordi ujevn kjøling gir færre overflatefeil. Dette gjør tiden det tar å lansere nye produkter mye kortere.
Et visst selskap som lager flymotorer i romfartsområdet har begynt å bruke 3D-trykte titanlegeringer til turbinbladformer. Formvekten er kuttet med 40 % takket være en lett design og topologiforbedring. Dessuten har formreparasjonssyklusen blitt redusert fra 15 dager til 3 dager siden varmebehandlingsdeformasjonen har gått ned. Dette sikrer at motorbladene alltid er tilgjengelige.