Wat zijn de belangrijkste voordelen van het gebruik van 3D-printen met metaal bij de productie van matrijzen?

1. Ontwerpgrenzen doorbreken: complexe structuren in een vrije- manier creëren
De logica van "materiaalverwijdering" van subtractieve verwerking beperkt de traditionele matrijzenbouw. Het kan moeilijk zijn om complexe interne stroomkanalen, oneffen oppervlakken en andere structuren te maken, of het kan nodig zijn om meerdere onderdelen samen te voegen, wat de kosten verhoogt en de betrouwbaarheid verlaagt. Het ‘laag voor laag stapelen’ dat kenmerkend is voor 3D-printen met metaal, tart deze barrière volledig. De belangrijkste voordelen zijn:
Ontwerp van een conformeel koelwaterkanaal: Met laserpoederbedsmelttechnologie (LPBF) kunnen spiraal-, gaas- of biomimetische stroomkanaalgeometrieën die strak tegen de vormholte passen, direct worden geproduceerd. Conflux Technology in Australië heeft bijvoorbeeld een 3D-geprinte warmtewisselaar gemaakt voor de lucht- en ruimtevaartsector met wanden die aan de binnenkant slechts 0,3 mm dik zijn. Vergeleken met eerdere ontwerpen gaat de efficiëntie van de warmtewisseling met 40% omhoog en de drukval met 25%.
Geïntegreerde productie van hete mondstukken: Traditionele hete mondstukken moeten uit verschillende onderdelen worden samengesteld. Met metaal 3D-printen kunnen het hete mondstuklichaam, de sleuf voor het verwarmingselement en het stroomkanaal in één keer worden gemaakt. Dit vermindert het aantal gaten en breuken die optreden wanneer de onderdelen uitzetten en krimpen als gevolg van hitte, en het maakt het injectieproces ook stabieler.
Gecompliceerde patroonmallen: het is moeilijk om ingewikkelde structuren op micro-schaal te maken met traditionele methoden, zoals patroonblokken voor rubberen banden en patroonmallen voor schoenzolen. Metaal 3D-printen kan mogelijk niet-ondersteund printen door gebruik te maken van zeer nauwkeurige spotcontrole (zoals het LPBF-proces op microschaal, dat een spotdiameter heeft van slechts 20 μm) en Ra-waarden van de oppervlakteruwheid van slechts 0,8 μm. Dit vermindert de noodzaak voor later polijsten.
2. Verkorting van de productiecyclus: van weken naar 48 uur
Het maken van traditionele mallen vergt meer dan tien stappen, zoals het ontwerpen van de mal, CNC-bewerking, warmtebehandeling, assemblage en probleemoplossing. Het hele proces kan weken of zelfs maanden duren. Het 'ontwerp als productie'-model van 3D-printen op metaal maakt het proces eenvoudiger door 3D-modellering, slice-verwerking, printgieten en na-nabewerking op te nemen. Dit verkort de tijd die nodig is om het product te leveren.
Verificatie van rapid prototyping: Een bepaalde fabrikant van auto-onderdelen is begonnen met het gebruik van 3D-printen van metaal om de tijd die nodig is om een ​​moeilijke spuitgietmatrijs te maken terug te brengen van 15 dagen naar 3 dagen, wat het proces van het maken van nieuwe producten versnelt.
Kleinschalige productie op maat: 3D-printen van metaal kan worden gebruikt om metalen interieuronderdelen te maken voor hoogwaardige, op maat gemaakte auto's of gespecialiseerde transmissieonderdelen voor raceauto's. Er hoeft geen mal te worden geopend, waardoor de kosten van elk stuk met 30% worden verlaagd in vergelijking met traditionele methoden en het gemakkelijk wordt gemaakt om het ontwerp vaak te wijzigen.
Noodhulp bij onderhoud: In de sector energieapparatuur gebruikte een bepaald bedrijf 3D-printtechnologie van metaal om het pompslakkenhuis van de hoge--legering in minder dan 48 uur te repareren, waardoor verliezen als gevolg van het uitschakelen van de apparatuur werden voorkomen.
3. Verbeter de opbrengst en productie-efficiëntie door de koelprestaties te optimaliseren.
De kwaliteit van spuitgietonderdelen wordt sterk beïnvloed door het matrijskoelsysteem. Vanwege hun beperkte opstelling kunnen traditionele koelkanalen met rechte gaten inconsistente matrijstemperaturen veroorzaken, wat kan leiden tot problemen zoals productbuiging en vervorming. De conforme koelmethode voor 3D-printen van metaal zorgt voor grote prestatieverbeteringen op drie belangrijke manieren:
Het biomimetische stroomkanaalontwerp zorgt ervoor dat het koelwater de vormholte gelijkmatig bedekt, waardoor het temperatuurveld uniform blijft. Het kromtrekkingspercentage van het product daalde van 0,8% naar 0,2% en het rendement steeg tot 99,5% nadat een bepaalde elektrische connectormal een 3D-geprint conformaal waterkanaal had gebruikt.
Zhongrui Technology heeft een airconditioningschaalmal gemaakt voor een bedrijf in huishoudelijke apparaten om de gietcyclus te verkorten. Door de opstelling van het koelkanaal te verbeteren, ging de spuitgietcyclus van 45 seconden naar 30 seconden en steeg de jaarlijkse productiecapaciteit van één apparaat met 120.000 stuks.
Lager energieverbruik: CoolestDC in Singapore produceerde een 3D-geprinte vloeistofgekoelde plaat met een geïntegreerd naadloos ontwerp dat 15% minder energie verbruikt dan typische gesoldeerde vloeistofgekoelde platen en geen kans op lekken heeft.
4. Lichtgewicht ontwerp: bespaart geld op materialen en verzending
Het gewicht van de mal heeft een directe invloed op de hoeveelheid energie die wordt gebruikt bij de verwerking, de verzendkosten en de veiligheid tijdens het werken. Topologie-optimalisatietechnologie bij 3D-printen van metaal kan het meeste materiaal verwijderen en toch de structuur sterk houden.
Een specifieke gietvorm-maakt gebruik van een 3D-geprinte ondersteuningsstructuur met diamantroosters, waardoor deze 35% lichter en 20% langer-duurzaam wordt.
Modulair ontwerp: Grote mallen kunnen worden opgedeeld in kleinere, lichtere modules om te printen. Deze modules kunnen vervolgens worden samengevoegd met behulp van mechanische verbindingen om het risico van het transporteren van één stuk te verkleinen. Een bedrijf dat windenergieapparatuur maakt, sneed bijvoorbeeld een mal voor een blad met een diameter van 2-meter in 8 stukken, waardoor de verzendkosten met 40% daalden.
Functionele integratie: Metaal 3D-printen kan koelkanalen, uitwerppennen, uitlaatgleuven en andere functionele componenten combineren, waardoor er minder onderdelen nodig zijn voor een mal. Geïntegreerd ontwerp heeft het aantal onderdelen in een bepaalde autobumpermal teruggebracht van 127 naar 38, en de tijd die nodig is om ze in elkaar te zetten is met 70% teruggebracht.
5. Materiaalcompatibiliteit: werkt met hoogwaardige- metalen en composietmaterialen
Bij het maken van traditionele matrijzen wordt meestal gebruik gemaakt van vormstaal en aluminiumlegeringen, maar bij het 3D-printen van metaal kunnen unieke materialen worden gebruikt, zoals titaniumlegeringen, hoge- temperatuurlegeringen en koperlegeringen, zodat in zeer ruwe omgevingen kan worden gewerkt.
Een bepaalde fabrikant van turbinemotoren in de ruimtevaart maakt gebruik van 3D-geprinte voluten van titaniumlegeringen om het ontwerp van de luchtstroomroute te verbeteren. Dit maakt de stuwkracht-tot-gewichtsverhouding 5% hoger en de temperatuurbestendigheid tot 600 graden.
Een kernenergiebedrijf gebruikt 3D-geprinte kleppen van nikkel-gebaseerde hoge--temperatuurlegeringen op het gebied van energieapparatuur om 100.000 lekvrije-cycli te verkrijgen bij 10 MPa en 550 graden. Deze kleppen gaan drie keer langer mee dan standaard gietstukken.
Warmtedissipatie via micro-elektronica: een dienstverlener in een datacenter maakt gebruik van 3D-geprinte, vloeistof-koperlegering-gekoelde modules met een thermische geleidbaarheid van 398W/(m · K). Dit maakt de warmteafvoer 60% efficiënter dan aluminium modules.