Hvorfor er optimaliseringen av formkjølesystemet egnet for 3D-utskrift av metall?

一, Designproblemet med standard kjølesystemer: går fra "rett boring" til "termisk ubalanse."
Den klassiske måten å kjøle støpeformer på bruker kryssboringsteknikken til maskinverktøy, og kjølevannskretsen er vanligvis en rett eller brutt linje. Denne designen har tre hovedproblemer:
Den rette kanalen passer ikke til formhulrommets komplekse buede overflate, noe som gjør kjøleavstandene ujevne. For eksempel, når en bilstøtfangerform bruker en typisk kanal, overskrider temperaturforskjellen på overflaten av kjernen 45 grader, den lokale kjøletiden forlenges med 30 %, og produktets forvrengningshastighet er så høy som 8 %.
Konsentrasjon av termisk spenning: Formkjernen avkjøles ujevnt, noe som forårsaker temperaturforskjeller som bidrar til termiske utmattelsessprekker. Etter 2000 påfølgende produksjon brøt en bestemt form-støpeform kjernen fordi den ble for varm på ett sted. Vedlikeholdskostnadene var 35 % av den totale prisen på formen.
Mye bortkastet materiale: I tradisjonell håndverk må det settes av areal for behandling av vannveier, og former må lages separat før de kan settes sammen. Når en gitt form for et flymotorblad bruker tradisjonell teknologi, går materialkuttehastigheten opp til 72 %. Hvis det er feil ved monteringen, øker sjansen for at kjølevannskretsen blokkeres med 20 %.
2, Metal 3D-utskriftsteknologi har tatt et stort skritt fremover: Fra "Passive Adaptation" til "Active Design"
Lag for lag smelte- og stablingsprosesser i 3D-utskrift av metall endrer helt måten tradisjonelle kjølesystemer er designet på. Hovedfordelene vises på følgende måter:
1. En fleksibel kjølevannskrets som lar deg justere temperaturfeltet veldig nøyaktig
3D-utskrift av metall kan lage en konform kjølevannskrets som passer perfekt til formen. Den koniske spiralkonforme kanalen som Bastech bygde for industriell montering er forbedret med Cimatron-programvare. Vannveiens overflate er økt fra 24,2 kvadrattommer til 52,2 kvadrattommer, og kjøleeffektiviteten har gått opp med 116 %. Faktiske testresultater viser at formens kjøletid har gått ned fra 10,5 sekunder til 7,5 sekunder, syklustiden har gått ned med 14 %, og skraphastigheten for produktet har gått ned fra 5,2 % til 0,8 %.
2. Topologioptimeringsstruktur: løse konflikten mellom "materialstyrke"
For å sikre at de er sterke, trenger tradisjonelle former betydelige strukturer. Metall 3D-utskrift, derimot, kan lage lette interiørstrukturer ved å bruke topologioptimalisering. For eksempel har en ny form for en batteriboks for elektriske kjøretøy en gitterstruktur som reduserer vekten med 42 % samtidig som den beholder samme styrke. Den legger også til 60 % mer plass til kjølevannskretsen og forkorter sprøytestøpesyklusen med 25 %.
3. Multi-materiale komposittutskrift: gjør "funksjonell gradientkjøling" mulig
Avanserte metall 3D-utskriftsmaskiner kan deponere ulike materialer i en gradient. For eksempel bruker en støpeform for et turbinblad til en flymotor en sammensatt struktur av "overflate av kobberlegering med høy termisk ledningsevne + høy--kjerne av titanlegering." Dette gjør overflatetemperaturen på formen 30 % jevnere og gjør at den varer 2,3 ganger lenger enn tradisjonelle prosesser.
3, kostnads-nytteanalyse: fra "høy enhetspris" til "full livssyklusfordel"
Selv om utstyr og materialer for 3D-utskrift av metall er dyrt, er kostnadsfordelen for hele livssyklusen betydelig i situasjoner der du trenger å lage et lite antall-verdiøkende-varer:
1. Materialkostnader: fra "70 % avfall" til "95 % bruk"
Det tar vanligvis 60 % til 75 % av materialet for å lage en form, mens 3D-utskrift av metall bruker mer enn 95 % av materialet. For eksempel trenger å lage en form for et medisinsk implantat med tradisjonelle metoder 12 kg titanlegeringsemner, mens 3D-utskrift bare trenger 1,8 kg pulver, noe som sparer 85 % på materialer.
2. Behandlingskostnad: fra «multi-prosesssamarbeid» til «integrering av enkeltutstyr».
Det tar 12 trinn for å lage en tradisjonell form, for eksempel CNC-fresing, maskinering av elektrisk utladning og trådskjæring. Hele prosessen kan ta opptil 4–6 uker. En enkelt maskin kan direkte 3D-printe metall, og med litt presisjonsmaskinering kan den få en overflateruhet på Ra0,8 μm. Bastechs reelle tester avslører at 3D-trykte former tar 80 % mindre tid å programmere og produsere enn tradisjonelle metoder, og kostnaden for å behandle et enkelt stykke er 40 % lavere.
3. Skjulte kostnader: Fra "designkompromiss" til "rask iterasjon"
Det koster mye å åpne en tradisjonell form, og hvis du vil endre designet, må du lage en ny, som koster 30 % til 50 % av den opprinnelige kostnaden. 3D-utskrift av metall gjør det enkelt å raskt gjøre om datamodeller til faktiske former. Gjennom 3D-utskrift har en forbrukerelektronikkbedrift kuttet tiden det tar å gjøre endringer i et produkt fra tre måneder til to uker. Dette lar dem dra nytte av markedsmuligheter samtidig som de sparer 6 millioner yuan på utgifter til prøving og feiling.
4. Industriell økologisk rekonstruksjon: overgang fra "teknologisk substitusjon" til "paradigmeoppgradering"
3D-utskrift av metall endrer støpeformindustrien ved å samle integrasjon av "design manufacturing service":
Samarbeid i programvareøkosystemet: Cimatron, Moldex3D og andre verktøy gjør det mulig å fullstendig digitalisere prosessen med "generering av utskriftsbane for optimalisering av kjølesimuleringsdesign." B&J Specialty fant for eksempel ut gjennom Moldex3D-modellering at standardformer har et temperaturområde på 132 grader, men 3D-trykte konforme kanaler holder temperaturområdet til 18 grader.
3D Systems, Platinum Technology og andre selskaper har laget spesielle pulvere som martensittisk aldrende stål og 18Ni300 formstål. Disse nye materialene har 20 % høyere varmeledningsevne og 3 ganger høyere utmattelsesmotstand enn tradisjonelle materialer.
Tjenestemodelloppgradering: I stedet for å selge "maskinvare", selger enhetsprodusenter nå "løsningsutgang". Bolite har begynt å tilby en løsning som kombinerer "utstyr, materialer og prosessdatabase." Prisen på dets eget titanlegeringspulver har falt med 50 % siden 2020, og Internet of Things-plattformen har gjort det mulig å advare om utstyrsfeil, noe som har økt andelen tjenesteinntekter til 30 %.