Hoe kan metaal 3D-printen worden gebruikt voor matrijsreparatie?

1. Technologische doorbraak: van ‘gedeeltelijke reparatie’ naar ‘volledig levenscyclusbeheer’
Metaal 3D-printen voor het repareren van mallen heeft de grenzen van traditionele subtractieve methoden overschreden. Het biedt nu een complete oplossing die "schadedetectie, intelligent ontwerp, nauwkeurige reparatie en prestatie-upgrade" omvat.
De schade opsporen en achterstevoren modelleren
Met behulp van industriële CT-scanning of laser-3D-meettechnologieën kunt u onmiddellijk 3D-gegevens verkrijgen van het beschadigde deel van de mal. AI-algoritmen kunnen vervolgens worden gebruikt om naar belangrijke kenmerken te kijken, zoals de richting van de scheur en de diepte van slijtage. In één project om bijvoorbeeld een vliegtuigmotorblad te repareren, werd een ultrasone detector gebruikt om fouten in het blad te vinden, en werd reverse engineering-software gebruikt om een ​​schademodel te bouwen dat de exacte reparatiegrenzen voor 3D-printen liet zien.
Materialen aanpassen en prestaties verbeteren
Met 3D-printen kunnen reparatielaagmaterialen worden gemaakt met een gradiëntontwerp voor diverse schimmelsubstraten, zoals H13-staal, martensitisch verouderingsstaal en koperlegeringen. Bij het bevestigen van omleidkegels in gietvormen-wordt bijvoorbeeld legeringspoeder op nikkel-basis gebruikt om de werklaag te printen. Deze laag heeft na warmtebehandeling een slagvastheid van 22J en een hardheid van 48–50HRC. De reparatielaag maakt ook een metallurgische verbinding met het substraat door het laservermogen en de scansnelheid te veranderen. Hierdoor verandert de hardheidsgradiënt op natuurlijke wijze, waardoor latere scheurvorming door spanningsconcentratie wordt voorkomen.
Het herstellen van conforme structuren als geheel
Het 3D-printen van een conformeel koelwatercircuit kan het gecompliceerde probleem van blokkering van stromingskanalen oplossen, dat moeilijk op te lossen is met reguliere reparatiemethoden. Laser Selective Melting (SLM)-technologie werd gebruikt om spiraalvormige koelkanalen te printen op de mal van een autobumper die gerepareerd moest worden. Hierdoor werd de temperatuur van de mal met 40% gelijkmatiger, werd de koeltijd met 30% verkort en werd de levensduur van de gerepareerde mal vergeleken met de originele mal.
2. Procesinnovatie: verandering van "Single Repair" naar "Functional Upgrade"
Metaal 3D-printtechnologie kan mallen niet alleen terugbrengen naar hun oorspronkelijke vormen, maar kan ze ook beter laten werken door hun structuur te veranderen. Hierdoor veranderen mallen van ‘verbruiksartikelen’ in ‘slimme activa’.
Lichtgewicht ontwerpen en topologie optimaliseren
Simulatiesoftware wordt gebruikt om de topologie van malversterkingsplaten te optimaliseren door onnodige materialen te verwijderen en tegelijkertijd de sterkte van de constructie te behouden. Om een ​​bepaalde schaalvorm voor huishoudelijke apparaten te repareren, werd in plaats van massieve ribplaten een zeshoekige roosterstructuur gebruikt. Dit verminderde het gewicht met 60% terwijl de stijfheid behouden bleef, verminderde de warmteoverdracht van de splitterplaat naar de matrijs en verminderde het energieverbruik van het hot runner-systeem met 15%.
Integratie van vele poreuze ademende lagen
Voeg een poreuze, ademende laag toe aan de onderkant van de vormkern en gebruik een ventilatiestaaf om gas-ondersteund te vormen. Hierdoor worden oppervlaktekrimplijnen op spuitgegoten voorwerpen verwijderd. Een ademende structuur met een porositeit van 30% werd door middel van 3D-printen toegevoegd aan de malkern van een mal voor de schaal van een mobiele telefoon. Dit maakte het oppervlak van het product 2 niveaus gladder en verhoogde de productie-efficiëntie met 25%.
Het oppervlak van metamaterialen veranderen
Gebruik maken van de laag{0}}voor-laag-stapelmogelijkheden van 3D-printen om micro-nano-gestructureerde coatings op de oppervlakken van mallen te maken. Het printen van structuren die op lotusbladeren lijken op het oppervlak van plastic malgaten maakt het bijvoorbeeld 40% gemakkelijker om de mal te verwijderen, en het gebruik van lasercladtechnologie om wolfraamcarbidecoatings aan te brengen maakt het oppervlak drie keer beter bestand tegen slijtage dan typische verchroommethoden.
3. Industriepraktijk: van ‘casevalidatie’ tot ‘schaaltoepassing’
De wereldwijde productie-industrie adopteert snel de 3D-printtechnologie van metaal voor matrijsreparatie- en vormoplossingen die op veel gebieden werken, waaronder de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, de elektronica en meer.
het gebied van de lucht- en ruimtevaart
Boeing maakt gebruik van Electron Beam Selective Melting (EBDM) om turbinebladen in vliegtuigen te bevestigen. Wanneer titaniumlegeringspoeder wordt gesmolten met een elektronenstraal in een vacuüm, kan het worden gerepareerd met een nauwkeurigheid van 0,01 mm. De reparatieperiode wordt teruggebracht van 6 weken naar 72 uur en de hechtsterkte tussen de reparatielaag en het substraat bedraagt ​​98% van die van het basismateriaal.
Volkswagen maakt gebruik van laser-near-net-shape (LENS)-technologie om spuit-gietmatrijzen in de autoproductie-industrie te repareren. Door gebruik te maken van synchrone poedertoevoer en lasercladding wordt een 2 mm dikke martensitische verouderingsstaalcoating op het oppervlak van de mal aangebracht. Deze coating is 52HRC sterk en kan 100.000 injectiecycli aan zonder te scheuren. De reparatiekosten zijn 40% lager dan bij typische boogspuittechnologie.
In de wereld van de elektronicaproductie heeft TSMC Nano Particle Spray Metal Forming (NPJ) -technologie gebruikt om halfgeleiderverpakkingsvormen te repareren. Kanaalreparatie op microschaal is mogelijk door een vloeistof te besproeien met koperen nanodeeltjes en te sinteren bij lage- temperatuur. De herstelde mal kan het rendement van de chipverpakking verhogen van 92% naar 99,5% en de stilstand van de machine als gevolg van koelvloeistoflekken verminderen.