Kan store-former produseres gjennom 3D-utskrift av metall?

1. Et stort skritt fremover innen stor-3D-utskrift av metall: fra laboratoriet til fabrikken
Hovedideen bak 3D-utskrift av metall er å stable metallmaterialer oppå hverandre og bruke høye-energistråler som lasere eller elektronstråler for å lage kompliserte strukturer direkte. Når det gjelder å lage store former, har det vært store fremskritt på tre områder:
Utvide formatet på utstyr
LiM-X1500H radiumlaserutstyret kan støpe deler som er 1290 mm × 1180 mm × 506 mm i størrelse. Den kan skrive ut både runde og firkantede deler av flymotorer samtidig. Det er mange hule strukturer og forsterkende ribber i denne delen. Tradisjonelle prosedyrer trenger blokkbehandling og skjøting, mens SLM-teknologien kutter produksjonssyklusen med mer enn 50 % og bruker mer enn 90 % av materialet gjennom integrert støping. Enda viktigere, LiM-X800H+-utstyret, som kom ut i 2024, har en nettformingshøyde på 2,5 meter og var i stand til å lage titanlegeringsspiralstrukturkomponenter som er 418 mm × 362 mm × 2210 mm i størrelse. Dette beviser at utstyret er stabilt nok til å lage store og lette komponenter.
Samarbeid mellom mange lasere og prosessforbedring
Å kontrollere termisk spenning er et problem for stor-skalautskrift. Når du skriver ut over 6-meter titaniumlegering flyrammer, tar Leiming laser i bruk multi-lasersamarbeidsteknologi for å få laserpunktoverlappingshastigheten til 30 %. Når det brukes med en dynamisk pulverfordelingstilnærming, reduserer dette restspenningen med 40 %, noe som sikrer at dimensjonene til de ultrastore delene (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) er riktige. Topologioptimeringsdesignet til varmeveksleren i aluminiumslegering (569 mm × 527 mm × 512 mm) viser også hvordan SLM-teknologi kan brukes til å kombinere strømningskanalen og hovedstrukturen. Dette viser hvor fleksibel metoden er for komplekse kjølesystemer.
Innovasjon innen hybridproduksjon og etter-behandling
Laiming Laser har utviklet en grønn lasertilsetningsløsning for produksjon av høye anti-metallmaterialer som rent kobber. Dette systemet har vellykket skrevet ut rene kobbertrykkkammer og varmeavledningsfinstrukturer. Denne metoden går utover absorpsjonsgrensen for vanlige røde lasere på materialer som reagerer raskt, noe som gjør utskriften av rent kobber tre ganger mer effektiv. Overflatens ruhet er 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. Bransjebruk av massiv støpeformproduksjon: fra å teste ideer til å lage dem i store mengder
3D-utskrift av metall har blitt brukt i flere avanserte-bedrifter for å lage store former, og verdien har blitt bevist gjennom eksempler fra virkelige-verden:
Lett og funksjonell integrering i romfart
Behovet for lette drone-rammeverk i lav-høydeøkonomi har ført til bruk av stor-3D-utskrift. Luming Laser brukte LiM-X260A til å skrive ut en titaniumlegering droneramme som er 153 mm × 153 mm × 25 mm og veier under 0,3 kg. Topologioptimalisering kutter ned antall deler og antall trinn i produksjonsprosessen fra 12 til 3. Utskriftssyklusen kuttes også ned til 5 timer. Dette scenariet viser at 3D-utskrift av metall kan finne en balanse mellom vekt og strukturell styrke, noe som er svært viktig for å få flyutstyr til å fungere bedre.
Energiutstyr: sette sammen kompliserte kjølesystemer i ett stykke
Utformingen av kjølekanalen i store varmevekslerformer har en direkte innvirkning på effektiviteten til kjernekraftutstyr. Tradisjonelle metoder trenger hundrevis av kjølehull boret inn i formen. Metall 3D-utskrift, derimot, skaper en konform kjølevannskanal som kutter avstanden til kjølevæskestrømmen med 60 % og øker varmeoverføringseffektiviteten med 25 %. For eksempel ble SLM-teknologi brukt til å skrive ut en form for en kjernekraft-dampgenerator som hadde en kjølevannskanal som bare var 2 mm bred. Denne formen var 1,2 meter høy og hadde jevn temperaturkontroll, noe som løste problemet med materialtretthet som oppstår når deler blir for varme i tradisjonelle prosesser.
Bilproduksjon: Gjør raskt endringer i store former
De fleste bilpanelformer er større enn 3 meter, og tradisjonelle støpemetoder krever en prøveproduksjonssyklus på 6 til 8 uker. Og 3D-utskrift av metall reduserer tiden det tar å lage en formkjerne ned til to uker ved å produsere den direkte. Et visst merke med nye energikjøretøyer brukte DED-teknologi for å fikse store-støpeformer. Det slitasjebestandige laget på formoverflaten ble fikset i løpet av 48 timer ved å mate og smelte pulver samtidig. Reparasjonslaget var HRC52 hardt, som er 20 % hardere enn den typiske sveisemetoden. Dette betyr at formen ikke vil endre form på grunn av den varmepåvirkede sonen.
3. Teknologiske utfordringer og fremtidige trender: Fra gjennombrudd på et enkelt punkt til omstrukturering av miljøet
Selv om 3D-utskrift av metall i stor- skala har mye potensial, har den fortsatt tre store problemer som må løses før den kan brukes bredt:
Kontrollere kostnader og ytelse av materialer
Formfremstilling trenger materialer som er bråkjølt og herdet, men 3D-utskrift kan raskt kjøle ned materialene, noe som kan gjøre dem sprøere. Løsningen er å lage lav-stress martensittisk aldrende stål til pulver og varme-behandle det for å gjøre det vanskeligere til 52HRC. Ved hjelp av utskriftsteknikk for gradientmateriale legges et hardt belegg på formens overflate samtidig som en tøff matrise holdes i kjerneområdet. Dette balanserer slitestyrke og slagfasthet.
Testing for stabilitet og kvalitet i prosessen
Når du skriver ut i stor skala, kan lokal overoppheting eller pulverforurensning føre til at feilraten øker. Industrien presser på for in-overvåkingsteknologier, som LiM-X800H+-utstyret som kombinerer infrarøde termiske kameraer og smeltebassengovervåkingssystemer med en radiumlaser. Denne teknologien kan endre styrken til laseren i sanntid og kutte antall defekter fra 3 % til 0,5 %. Samtidig kan AI-baserte defektprediksjonsmodeller finne risikofaktorer på forhånd ved å se på tidligere utskriftsdata, noe som bidrar til å holde kvaliteten stabil enda mer.
Samarbeid og standardisering i industrikjeden
Å lage enorme former krever å kombinere flere trinn, for eksempel 3D-utskrift, CNC-maskinering og varmebehandling. GF Processing Solutions har lansert en "hybrid deler" produksjonsløsning som bruker automatiserte arbeidsstasjoner for sømløst å kombinere subtraktive og additive prosesser. Dette reduserer tiden det tar å lage former med 40 %. Introduksjonen av ISO/ASTM 52921-standarden setter også standarder for viktige faktorer som dimensjonstoleranser og overflateruhet for stor-metall 3D-utskrift. Dette gjør det mulig for industrien å bruke denne teknologien i stor skala.