Kunnen grote- mallen worden vervaardigd via 3D-printen met metaal?

1. Een grote stap voorwaarts in het op grote schaal- 3D-printen van metaal: van het laboratorium tot de fabriek
Het belangrijkste idee achter 3D-printen met metaal is om metalen materialen op elkaar te stapelen en hoge-energiestralen zoals lasers of elektronenstralen te gebruiken om direct ingewikkelde structuren te maken. Als het gaat om het maken van grote mallen, zijn er op drie gebieden grote vorderingen gemaakt:
Uitbreiding van het formaat van apparatuur
De LiM-X1500H radiumlaserapparatuur kan stukken vormen met een afmeting van 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Het kan zowel ronde als vierkante delen van luchtvaartmotoren tegelijkertijd printen. Er zijn veel holle structuren en verstevigingsribben in dit deel. Traditionele procedures vereisen blokverwerking en splitsing, terwijl SLM-technologie de productiecyclus met meer dan 50% verkort en meer dan 90% van het materiaal gebruikt door middel van geïntegreerd gieten. Belangrijker nog is dat de LiM-X800H+-apparatuur, die in 2024 op de markt kwam, een netto vormhoogte van 2,5 meter heeft en in staat was om spiraalvormige structurele componenten van titaniumlegering te maken met een afmeting van 418 mm x 362 mm x 2210 mm. Dit bewijst dat de apparatuur stabiel genoeg is om grote en lichte componenten te maken.
Samenwerking tussen vele lasers en procesverbetering
Het beheersen van thermische spanning is een probleem bij afdrukken op grote- schaal. Bij het printen van meer dan 6-meter vliegtuigframes van titaniumlegering gebruikt de Leiming-laser multi-lasersamenwerkingstechnologie om het overlappingspercentage van de laserspots op 30% te brengen. Bij gebruik van een dynamische poederverdelingsbenadering verlaagt dit de restspanning met 40%, wat ervoor zorgt dat de afmetingen van de ultragrote onderdelen (6295 mm x 2198 mm x 614 mm) correct zijn. Het topologische optimalisatieontwerp van de warmtewisselaar van aluminiumlegering (569 mm x 527 mm x 512 mm) laat ook zien hoe SLM-technologie kan worden gebruikt om het stroomkanaal en de hoofdstructuur te combineren. Dit laat zien hoe flexibel de methode is voor complexe koelsystemen.
Innovatie in hybride productie en na{0}}nabewerking
Laiming Laser heeft een groene laser-additieve productieoplossing ontwikkeld voor materialen met een hoog anti-metaalgehalte, zoals puur koper. Dit systeem heeft met succes puur koperen stuwkrachtkamers en warmtedissipatievinstructuren geprint. Deze methode gaat verder dan de absorptielimiet van gewone rode lasers op materialen die snel reageren, waardoor het printen van puur koper drie keer efficiënter wordt. De oppervlakteruwheid bedraagt ​​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. Industrieel gebruik van massale matrijzenproductie: van het testen van ideeën tot het maken ervan in grote hoeveelheden
3D-printen met metaal is in diverse high-end-bedrijven gebruikt voor het maken van grote mallen, en de waarde ervan is bewezen aan de hand van voorbeelden uit de echte-wereld:
Lichtgewicht en functionele integratie in de lucht- en ruimtevaart
De behoefte aan lichtgewicht drone-frameworks in de lage{0}}economie op hoogte heeft geleid tot het gebruik van grootschalige- 3D-printing. Luming Laser gebruikte de LiM-X260A om een ​​droneframe van titaniumlegering te printen dat 153 mm x 153 mm x 25 mm groot is en minder dan 0,3 kg weegt. Topologie-optimalisatie brengt het aantal onderdelen en het aantal stappen in het productieproces terug van 12 naar 3. Ook de printcyclus wordt teruggebracht tot 5 uur. Dit scenario laat zien dat 3D-printen met metaal een balans kan vinden tussen gewicht en structurele sterkte, wat erg belangrijk is om vliegtuigapparatuur beter te laten werken.
Energieapparatuur: ingewikkelde koelsystemen uit één stuk samenstellen
Het ontwerp van het koelkanaal in grote warmtewisselaarmatrijzen heeft een directe impact op de efficiëntie van kernenergieapparatuur. Traditionele methoden vereisen dat er honderden koelgaten in de mal worden geboord. Metaal 3D-printen daarentegen creëert een conformeel koelwaterkanaal dat de afstand van de koelmiddelstroom met 60% verkort en de efficiëntie van de warmteoverdracht met 25% verhoogt. Zo werd SLM-technologie gebruikt om een ​​mal te printen voor een kerncentrale-stoomgenerator met een koelwaterkanaal van slechts 2 mm breed. Deze mal was 1,2 meter hoog en had een uniforme temperatuurregeling, waardoor het probleem van materiaalmoeheid werd opgelost dat optreedt wanneer onderdelen bij traditionele processen te heet worden.
Automobielproductie: snel wijzigingen aanbrengen in grote mallen
De meeste mallen voor autopanelen zijn groter dan 3 meter en traditionele gietmethoden vereisen een proefproductiecyclus van 6 tot 8 weken. En 3D-printen met metaal verkort de tijd die nodig is om een ​​malkern te maken tot twee weken door deze rechtstreeks te vervaardigen. Een bepaald merk nieuwe energievoertuigen maakte gebruik van DED-technologie om grote gietvormen- te repareren. De slijtvaste laag-op het matrijsoppervlak werd in 48 uur gefixeerd door tegelijkertijd poeder toe te voeren en te smelten. De reparatielaag was HRC52 hard, wat 20% harder is dan de typische lasmethode. Dit betekent dat de mal niet van vorm verandert vanwege de door hitte beïnvloede zone.
3. Technologische uitdagingen en toekomstige trends: van doorbraken op één punt tot herstructurering van het milieu
Ook al heeft 3D-printen op grote schaal- veel potentieel, er zijn nog steeds drie grote problemen die moeten worden opgelost voordat het op grote schaal kan worden gebruikt:
Beheersing van de kosten en prestaties van materialen
Voor het maken van mallen zijn materialen nodig die zijn afgeschrikt en uitgehard, maar 3D-printen kan de materialen snel afkoelen, waardoor ze brosser kunnen worden. De oplossing is het maken van martensitisch verouderend staalpoeder met lage spanning en een hittebehandeling- om het moeilijker te maken tot 52 HRC. Met behulp van de druktechniek met gradiëntmateriaal wordt een harde coating op het oppervlak van de mal aangebracht, terwijl een stevige matrix in het kerngebied behouden blijft. Dit balanceert slijtvastheid en slagvastheid.
Testen op stabiliteit en kwaliteit in het proces
Bij het printen op grote schaal kan lokale oververhitting of poederverontreiniging ervoor zorgen dat het foutpercentage toeneemt. De industrie dringt aan op in-situ monitoringtechnologieën, zoals de LiM-X800H+-apparatuur die infraroodwarmtebeeldcamera's en smeltbadmonitoringsystemen combineert met een radiumlaser. Deze technologie kan de sterkte van de laser in realtime veranderen en het aantal defecten terugbrengen van 3% naar 0,5%. Tegelijkertijd kunnen op AI-gebaseerde modellen voor het voorspellen van defecten risicofactoren van tevoren ontdekken door naar printgegevens uit het verleden te kijken, waardoor de kwaliteit nog stabieler blijft.
Samenwerking en standaardisatie in de industriële keten
Voor het maken van enorme mallen moeten verschillende stappen worden gecombineerd, zoals 3D-printen, CNC-bewerking en warmtebehandeling. GF Processing Solutions heeft een productieoplossing voor 'hybride onderdelen' gelanceerd die gebruikmaakt van geautomatiseerde werkstations om subtractieve en additieve processen naadloos te combineren. Hierdoor wordt de tijd die nodig is om mallen te maken met 40% verkort. De introductie van de ISO/ASTM 52921-norm stelt ook normen voor belangrijke factoren zoals maattoleranties en oppervlakteruwheid voor grootschalige 3D-printen van metaal. Dit maakt het voor de industrie mogelijk om deze technologie op grote schaal toe te passen.