Hoe metaal 3D-printen toepassen in de automatrijzenindustrie?

一, Technologische doorbraak: van "productie van complexe structuren" tot "prestatieaanpassing"
Het belangrijkste voordeel van 3D-printen met metaal is dat het dingen kan maken met "vrij ontwerp" en "integratie van materiaalstructuurprestaties". Selectief lasersmelten (SLM) en elektronenbundelsmelten (EBM) zijn twee methoden die kunnen worden gebruikt om metaalpoeders laag voor laag te stapelen om ingewikkelde geometrische patronen te maken. Dit is een grote verbetering ten opzichte van de standaardverwerking op matrijsvormen.
1. Flexibel koelkanaal: een enorme stap voorwaarts voor de matrijsprestaties
De koelefficiëntie van injectie- en spuitgietmatrijzen- heeft een direct effect op de kwaliteit en cyclus van het productvormproces. Meestal zijn de koelwaterkanalen in traditionele mallen recht, waardoor het lastig is om ze aan te passen aan het oppervlak van de malholte. Dit veroorzaakt ongelijkmatige koeling en verandert de vorm van het product. Metaal 3D-printen kan onregelmatige waterwegen maken, zoals spiraalvormige en biomimetische boomtakken. Dit vergroot het contactoppervlak tussen de koelvloeistof en de matrijsholte met meer dan drie keer, halveert de koelcyclus en verhoogt het productcertificeringspercentage tot meer dan 99%. Een bedrijf gebruikte bijvoorbeeld 3D-printtechnologie om cilinderkoppen-gietmatrijzen voor motorcilinders te maken. Hierdoor werd de productietijd teruggebracht van 2 maanden naar 2 weken, werd de levensduur van de matrijs tot meer dan 100.000 keer verlengd en werd een productopbrengst van 100% behaald.
2. Lichtgewicht structuur: de "gewichtsvermindering en efficiëntieverbetering" van matrijzen
Automatrijzen moeten zeer hoge temperaturen en drukken aankunnen. Om er zeker van te zijn dat ze sterk zijn, gebruiken traditionele ontwerpen over het algemeen solide structuren. Dit maakt de mal zwaar en geeft hem veel traagheid, waardoor de verwerking minder nauwkeurig en minder efficiënt wordt. Met behulp van topologische optimalisatietechnologieën kan 3D-printen van metaal de mal 20% tot 30% lichter maken, terwijl de robuustheid behouden blijft. Een bepaald autobedrijf maakt bijvoorbeeld mallen voor elektrische aandrijfbehuizingen van aluminiumlegeringen met behulp van 3D-printtechnologie. Door gebruik te maken van geïntegreerd vormgeven en zeer dunne wanden te ontwerpen, wordt het gewicht van de behuizing met 20% verminderd, wordt het bewerkingsproces met 50% verminderd en gaat de materiaalbenutting met 40% omhoog.
3. Een grote verandering in de manier waarop materialen werken: van ‘Universalisatie’ naar ‘Scenario’s’
De nieuwe metalen 3D-printmaterialen maken het mogelijk om mallen te maken die op verschillende manieren werken. U kunt standaard H13-gereedschapsstaal, legeringen met een hoge-entropie of functionele materialen met een gradiënt gebruiken om 3D-geprinte mallen te maken die harder zijn, beter bestand tegen slijtage en corrosie, en beter voor uiteenlopende toepassingen. Een bedrijf heeft bijvoorbeeld met nanowolfraamcarbide versterkt H13-staalpoeder gemaakt, waardoor de mal harder wordt tot HRC 60, terwijl de grote taaiheid behouden blijft. Dit voldoet aan de hoge temperatuur- en hogedrukbehoeften van turbineschijfvormen voor vliegtuigmotoren.
2, Toepassingsscenario's: van 'prototypevalidatie' tot 'productie op grote- schaal'
Metalen 3D-printmatrijzen hebben een andere kostenstructuur dan traditionele methoden. De prijzen van apparatuur en materialen zijn hoger, maar de stappen van matrijsontwerp, proefproductie en modificatie zijn niet langer nodig. De totale kosten dalen naarmate de productiebatchgrootte toeneemt. Op dit moment kan het in drie hoofdsituaties worden gebruikt:
1. Mallen met complexe structuur: het overwinnen van de grenzen van traditionele productie
3D-printen kan de ontwikkelingscyclus aanzienlijk versnellen voor mallen met delicate texturen, diepe holtes of niet-rechte rivieren. Eén bedrijf maakt bijvoorbeeld gebruik van 3D-printen om mallen voor het stempelen van schoenzoolpatronen te maken. Dit verkort de tijd die nodig is om van ontwerp tot levering te komen van zes weken naar tien dagen en maakt gepersonaliseerde aanpassingen mogelijk om te voldoen aan de behoeften van kleine hoeveelheden en een breed scala aan producten. De COMAC C929 maakt gebruik van SLM voor het printen van vleugelsteunvormen van titaniumlegeringen in de lucht- en ruimtevaartsector. Hierdoor zijn de mallen veel lichter en sterker.
2. Matrijzen met veel toegevoegde waarde: ze garanderen zowel prestatie als precisie.
Op het gebied van nieuwe energievoertuigen moeten mallen voor fundamentele onderdelen zoals batterijen en motoren zeer nauwkeurig zijn en goed werken.. 3D-printtechnologie kan mallen maken met 'eenmalig- moulding', waardoor wordt voorkomen dat er fouten optreden als mallen meerdere keren worden vastgeklemd volgens traditionele procedures. Een nieuw energievoertuigbedrijf heeft bijvoorbeeld 3D-printtechnologie gebruikt om geïntegreerde gietmallen voor chassis te maken, waardoor de laswerkzaamheden worden verminderd, voertuigen steviger worden en de ontwikkelingscycli van matrijzen met 80% worden versneld.
3. Matrijsreparatie en revisie: verlaging van de kosten gedurende de gehele levenscyclus
Om een ​​mal op de ouderwetse- manier te repareren, moet je de beschadigde lagen uitknippen met behulp van draad en elektrische ontlading, en ze vervolgens weer aan elkaar lassen. Dit duurt lang en kost veel geld.. 3D-printtechnologie kan 'precieze reparaties' uitvoeren op de beschadigde delen van de matrijs, en lasercladding deposition (LC)-technologie kan de matrijs snel terugbrengen naar zijn oorspronkelijke grootte en prestaties. Eén bedrijf gebruikte bijvoorbeeld LC-technologie om het oppervlak van de holte van de stempelmatrijs te fixeren. Hierdoor werd de reparatietijd teruggebracht van 7 dagen naar 2 dagen, werden de kosten met 50% verlaagd en werd de oorspronkelijke precisie van de mal teruggebracht.
3, Trends in de sector: van ‘technologische vervanging’ naar ‘ecologische herstructurering’
Om metalen 3D-printmatrijzen gebruikelijker te maken, moeten we drie grote problemen overwinnen: de materiaalkosten, de standaardisatie van het proces en de stabiliteit van de apparatuur. Op dit moment dringt de industrie op de volgende manieren aan op het gebruik van technologie:
1. Nieuwe materialen: makkelijker in gebruik
Bij het onderzoek naar en de ontwikkeling van nieuwe metaalpoeders wordt gezocht naar een evenwicht tussen lage kosten en goede prestaties. Een bedrijf maakte bijvoorbeeld bio-gebaseerd nylon PA11-materiaal door ricinusplanten te winnen. Dit verlaagt de kosten met 30% in vergelijking met traditionele technische kunststoffen, terwijl de uitstekende mechanische eigenschappen behouden blijven, waardoor het perfect is voor het maken van mallen voor auto-interieurs. De studie en ontwikkeling van nieuwe materialen, zoals legeringen met een hoge-entropie en functionele materialen met een gradiënt, zullen het ook mogelijk maken om 3D-geprinte mallen te gebruiken in situaties waarin ze hoge temperaturen en corrosie moeten kunnen weerstaan.
2. Intelligente productie: dingen sneller en nauwkeuriger maken
AI-parameteroptimalisatie en online monitoringtechnologieën kunnen printinstellingen in realtime wijzigen om fouten te verhelpen. Een bedrijf heeft bijvoorbeeld een automatische entfunctie uitgebracht die de mallasfout binnen 0,05 mm houdt door gebruik te maken van een benchmarklocatie. Dit maakt het mogelijk om grote mallen-massaal te produceren. Met IoT-technologie kunt u items ook op afstand monitoren en repareren, waardoor de exploitatie- en onderhoudskosten worden verlaagd en ze betrouwbaarder worden.
3. Samenwerken in de industriële keten om een ​​open ecologie te creëren
Bedrijven die apparatuur maken, materialen leveren en mallen maken, werken samen om een ​​complete oplossing van 'hardware+materialen+diensten' te creëren. Eén bedrijf biedt bijvoorbeeld een volledige oplossing van 'apparatuur+proces+verbruiksartikelen'. De UM600MT-apparatuur heeft een vormgrootte van 400 mm x 600 mm x 500 mm, wat groot genoeg is om enorme automallen te printen. Bovendien zou het cloudplatform ontwerpbronnen van over de hele wereld verbinden met productieknooppunten in verschillende gebieden, waardoor een nieuw bedrijfsmodel zou ontstaan ​​dat 'lokaal printen en wereldwijde distributie' wordt genoemd.