Hvordan kombinere metall 3D-utskrift og formsprøytestøping?

一, Hovedideen bak teknologisk integrasjon er å gå fra "substitusjon" til "komplementaritet."
Metall 3D-utskrift og sprøytestøping er ikke bare to teknologier som fungerer sammen; de er en blanding av "additiv produksjon" og "subtraktiv prosessering" som jobber sammen for å forbedre effektivitet og funksjonalitet. Følgende tre ting viser hovedlogikken:
Et stort skritt fremover i designfrihet
Konvensjonelle sprøytestøpeformer er begrenset av prosesseringsmetoder, og intrikate design som konforme kjølevannskanaler og interne forsterkende ribber nødvendiggjør distinkte produksjons- og monteringsprosesser, noe som fører til høye priser og utvidede sykluser. LPBF-teknikk kan direkte skrive ut integrerte kompliserte strukturer ved å smelte metallpulver ett lag om gangen. For eksempel har laserteknologi skapt den tredje-generasjons pustende stålprosessen, som kan lage pustende strukturer i flere-retninger med en 0,04 mm åpning i former. Dette løser problemet med at typiske pustende stålinnsatser ikke er så gode til å slippe ut luft.
Finne den rette balansen mellom kostnad og effektivitet
Det koster mye å kjøpe utstyret for 3D-printing av metall, men det kan bidra til å redusere materialavfall (med en materialutnyttelsesgrad på over 90%). Bedrifter kan bruke 3D-utskrift for å lage kjernefunksjonene til støpeformer (slike konforme kjøleinnsatser) og tradisjonell prosessering for å lage perifere strukturer. Dette reduserer kostnadene mye. For eksempel bruker B&J Specialty 3D Systems' ProX DMP 300 til å skrive ut rørledningsstøpeinnsatser for biler. Dette reduserer kjølesyklustiden fra 1 minutt til 40 sekunder, øker produksjonseffektiviteten med 30 % og forlenger levetiden til formen med 25 %.
Raske endringer og gjøre ting på bestilling
Metall 3D-utskrift kan raskt lage formprototyper for testing og verifisering under produktutviklingsstadiet. Dette reduserer kostnadene ved å gjøre endringer i designet om og om igjen. For eksempel bruker et selskap som lager husholdningsapparater LPBF-teknologi til å lage sprøyteformblokker for klimaanleggskall. Dette kutter den tradisjonelle 12-prosessen, 45-dagers syklusen ned til 12 dager og reduserer monteringsfeil fra 0,1 mm til 0,02 mm, noe som forlenger levetiden til formen med 200 000 ganger.
2, Vanlige brukstilfeller: fra forbedring av funksjonalitet til oppgradering av industri
1. Et fleksibelt kjølesystem er den beste måten å fikse problemer med sprøytestøping på.
Mesteparten av tiden er kjølevannskretsen i typiske sprøyteformer rett, noe som gjør det vanskelig å matche produktets overflate. Dette forårsaker ujevn avkjøling og produktdeformasjon. LPBF-teknologi kan lage en konform kanal som passer perfekt til objektets form, som avkjøler den jevnt. For eksempel:
Rørledningsstøpe for biler: Ved å bruke Cimatron-programvare bygde B&J Specialty en konform kjølevannskrets som senket temperaturen på formen fra 132 til 18 grader Celsius, reduserte krympehastigheten til produktet med 67 % og økte utbyttet til 98 %.
Et tannlegefirma lager usynlige kjeveortopedisk apparatformer ved hjelp av μ - LPBF-teknologi, som har en trykkpresisjon på 2–5 μm. Topologioptimaliseringsdesign forbedrer homogeniteten til kjeveortopedisk kraftfordeling med 40 % og øker pasienttilpasningsraten fra 85 % til 98 %.
2. For å fikse problemet med innestengt gass, må den pustende strukturen og formkroppen passe perfekt sammen.
Hvis gassen inne i formhulen ikke frigjøres raskt nok under sprøytestøpeprosessen, kan det forårsake problemer inkludert produktbobler og dårlig fusjon. Den klassiske metoden krever å legge pustende stål i formen, men det fungerer ikke like bra når strukturen er komplisert. LPBF-teknologi kan skrive ut porøse, pustende lag direkte på formkroppen. For eksempel:
Gass-assistert formingsform: Et spesifikt selskap bruker LPBF til å trykke formkjerner, lager et porøst lag i bunnen av ribbeplaten og legger inn en ventilasjonsstav med et porøst topplag. Gass presser ned på ribbeplaten og toppen av ventilasjonsstangen under sprøytestøping. Dette presser produktet mot hulromsoverflaten, som kvitter seg med indre stress og stopper krympelinjer på overflaten.
Elektroniske støpeformer med høy nøyaktighet: En produsent av 3C-produkter produserer rammeformer for mobiltelefoner ved hjelp av LPBF. Formene har en pustende struktur med en 0,04 mm åpning i eksosområdet, som senker injeksjonstrykket med 30 % og forlenger formens levetid med 40 %.
3. Lett og funksjonell integrasjon: fra "strukturelle komponenter" til "intelligente moduler" LPBF-teknologi støtter lettvektsdesign som gitterfylling og gitterstruktur, og kan integrere funksjonelle moduler som sensorer og varmeelementer. 3. Lett og funksjonell integrasjon: fra "strukturelle komponenter" til "intelligente: moduler"
Et bestemt selskap bruker en aluminiumslegeringsbrakett laget av LPBF for deres nye batteripakke for energibiler. Braketten er 38 % lettere på grunn av gitterstrukturen og består en 150 % overbelastningstest, som øker rekkevidden med 8 %.
Smart formsystem: Et medisinsk selskap plasserer temperatursensorer i LPBF-trykte former slik at de kan holde øye med temperaturen i kjølevannskretsen i sanntid. AI-algoritmer endrer injeksjonsparameterne med en gang for å gjøre produktet 50 % mer konsistent.
3, teknologiske problemer og trender for fremtiden: Fra "Single Point Breakthrough" til "Økologisk restrukturering"
1. Nåværende problemer: materialer, nøyaktighet og etter-behandling
Noen metallpulver, inkludert kobberlegeringer med sterk varmeledningsevne, må fortsatt optimaliseres for utskrift slik at tetthet og kostnad er balansert.
Overflatekvalitet og nøyaktighet: LPBF-trykte former trenger CNC-presisjonsbearbeiding eller skjæring for å møte overflateruheten (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Integrasjon av flere materialer: LPBF støtter nå kun utskrift med ett materiale om gangen. Former trenger imidlertid vanligvis komposittkonstruksjoner laget av forskjellige materialer, som stål med høy-hardhet og kobber med høy-termisk-ledningsevne.
2. Fremtidige trender: Sammenslåing av teknologier og omstrukturering av miljøet
Hybridverktøy for å lage ting: AXIOM-teknologi kombinerer 3D-utskriftsdyser og CNC-freser for å gi "additiv subtraktiv" integrert prosessering. Dette reduserer størrelsen og kostnadene til utstyret som trengs for å utføre jobben.
Smart prosessoptimalisering: LPBF kan forutse gjenværende spenning og deformasjon i sanntid ved å kombinere termiske mekaniske koblingsmodeller med maskinlæringsmetoder. For eksempel holder Autodesks finite element-modell differensialen i radiell og periferisk strekkytelse til turbinblader av titanlegering innenfor 5 % og gjør at de varer 30 % lenger.
Grønn produksjon og sirkulær økonomi: LPBF resirkulerer mer enn 85 % av pulveret sitt, og det frigjør ingen skjærevæske, og oppfyller derfor grønne produksjonsforskrifter, inkludert EUs "karbontariff." Ett selskap kuttet kostnadene for et enkelt sett med formmaterialer med 20 % ved å resirkulere pulver som ikke hadde smeltet ennå og sile det.