Waarom is de optimalisatie van het matrijskoelsysteem geschikt voor 3D-printen van metaal?

一, Het ontwerpprobleem met standaard koelsystemen: van "rechtboren" naar "thermische onbalans."
De klassieke manier om mallen te koelen maakt gebruik van de kruisboortechniek van werktuigmachines, en het koelwatercircuit is meestal een rechte of onderbroken lijn. Dit ontwerp heeft drie hoofdproblemen:
Het rechte kanaal past niet in het complexe gebogen oppervlak van de vormholte, waardoor de koelafstanden ongelijkmatig zijn. Wanneer bijvoorbeeld een autobumpermal gebruik maakt van een typisch kanaal, overschrijdt het temperatuurverschil op het oppervlak van de kern de 45 graden, wordt de lokale koeltijd met 30% verlengd en is het product kromgetrokken tot 8%.
Concentratie van thermische spanning: De malkern koelt ongelijkmatig af, wat temperatuurverschillen veroorzaakt die bijdragen aan thermische vermoeiingsscheuren. Na 2000 opeenvolgende productie brak een bepaalde gietvorm- zijn kern omdat deze op één plek te heet werd. De onderhoudskosten bedroegen 35% van de totale prijs van de mal.
Veel materiaalverspilling: Bij traditioneel handwerk moet er ruimte gereserveerd worden voor de verwerking van waterwegen, en mallen moeten apart gemaakt worden voordat ze in elkaar gezet kunnen worden. Wanneer een bepaalde mal voor het blad van een vliegtuigmotor traditionele technologie gebruikt, loopt de materiaalsnijsnelheid op tot 72%. Als er fouten worden gemaakt bij de montage, stijgt de kans op verstopping van het koelwatercircuit met 20%.
2. Metal 3D-printtechnologie heeft een grote stap voorwaarts gemaakt: van "passieve aanpassing" naar "actief ontwerp"
Laag voor laag smelt- en stapelprocessen bij het 3D-printen van metaal veranderen totaal de manier waarop traditionele koelsystemen worden ontworpen. De belangrijkste voordelen worden op de volgende manieren weergegeven:
1. Een flexibel koelwatercircuit waarmee je het temperatuurveld heel precies kunt instellen
Met metaal 3D-printen kan een conformeel koelwatercircuit worden gemaakt dat perfect past bij de vorm van de vormholte. Het conische spiraalvormige conformale kanaal dat Bastech heeft gebouwd voor industriële assemblage is verbeterd met Cimatron-software. De oppervlakte van de waterweg is vergroot van 24,2 vierkante inch naar 52,2 vierkante inch en het koelrendement is met 116% gestegen. Uit werkelijke testresultaten blijkt dat de afkoeltijd van de matrijs is gedaald van 10,5 seconden naar 7,5 seconden, de cyclustijd is gedaald met 14% en het uitvalpercentage van het product is gedaald van 5,2% naar 0,8%.
2. Topologie-optimalisatiestructuur: het conflict tussen "materiaalsterkte" oplossen
Om ervoor te zorgen dat ze sterk zijn, hebben traditionele mallen substantiële structuren nodig. Metaal 3D-printen kan daarentegen lichtgewicht interieurstructuren maken met behulp van topologie-optimalisatie. Een nieuwe mal voor de accubak van een elektrische auto heeft bijvoorbeeld een roosterstructuur die het gewicht met 42% vermindert terwijl dezelfde sterkte behouden blijft. Het voegt ook 60% meer ruimte toe voor het koelwatercircuit en verkort de spuitgietcyclus met 25%.
3. Composietprinten op meerdere- materialen: "functionele gradiëntkoeling" mogelijk maken
Geavanceerde metaal 3D-printmachines kunnen verschillende materialen in een verloop afzetten. Een mal voor een turbineschoep van een vliegtuigmotor maakt bijvoorbeeld gebruik van een composietstructuur van een "koperlegeringsoppervlak met hoge thermische geleidbaarheid + kern van titaniumlegering met hoge sterkte." Hierdoor wordt de oppervlaktetemperatuur van de mal 30% gelijkmatiger en gaat deze 2,3 keer langer mee dan traditionele processen.
3, Kosten-batenanalyse: van 'hoge eenheidsprijs' tot 'volledig levenscyclusvoordeel'
Ook al zijn metalen 3D-printapparatuur en -materialen duur, het kostenvoordeel over de hele levenscyclus is aanzienlijk in situaties waarin u een klein aantal items met hoge-waarde- moet maken:
1. Materiaalkosten: van ‘70% afval’ naar ‘95% gebruik’
Voor het maken van een mal is doorgaans 60% tot 75% van het materiaal nodig, terwijl bij metaal 3D-printen ruim 95% van het materiaal wordt gebruikt. Voor het maken van een mal voor een medisch implantaat met behulp van traditionele methoden zijn bijvoorbeeld 12 kg aan titaniumlegeringen nodig, terwijl voor 3D-printen slechts 1,8 kg poeder nodig is, wat 85% op materialen bespaart.
2. Verwerkingskosten: van 'samenwerking met meerdere- processen' tot 'integratie van één apparatuur'.
Er zijn 12 stappen nodig om een ​​traditionele mal te maken, zoals CNC-frezen, elektrische ontladingsbewerking en draadsnijden. Het hele proces kan 4 tot 6 weken duren. Eén enkele machine kan metaal rechtstreeks in 3D printen en met een beetje precisiebewerking kan het een oppervlakteruwheid van Ra0,8 μm bereiken. Uit de echte tests van Bastech blijkt dat het programmeren en produceren van 3D-geprinte mallen 80% minder tijd kost dan traditionele methoden, en dat de kosten voor het verwerken van een enkel stuk 40% lager zijn.
3. Verborgen kosten: van ‘ontwerpcompromis’ tot ‘snelle iteratie’
Het kost veel om een ​​traditionele mal te openen, en als je het ontwerp wilt veranderen, zul je een nieuwe moeten maken, wat 30% tot 50% van de oorspronkelijke kosten kost. 3D-printen met metaal maakt het eenvoudig om computermodellen snel om te zetten in daadwerkelijke mallen. Door 3D-printen heeft een bedrijf in consumentenelektronica de tijd die nodig is om wijzigingen aan een product aan te brengen, teruggebracht van drie maanden naar twee weken. Hierdoor kunnen ze profiteren van marktkansen en tegelijkertijd 6 miljoen yuan besparen op uitgaven voor vallen en opstaan.
4. Industriële ecologische wederopbouw: van ‘technologische vervanging’ naar ‘paradigmaverbetering’
Metaal 3D-printen verandert de matrijsindustrie door de integratie van "design manufacturing service" samen te brengen:
Samenwerking in het software-ecosysteem: Cimatron, Moldex3D en andere tools maken het mogelijk om het proces van "afkoelsimulatieontwerpoptimalisatie, printpadgeneratie" volledig te digitaliseren. B&J Specialty ontdekte bijvoorbeeld via Moldex3D-modellering dat standaardmallen een temperatuurbereik van 132 graden hebben, maar 3D-geprinte conforme kanalen houden het temperatuurbereik op 18 graden.
3D Systems, Platinum Technology en andere bedrijven hebben speciale poeders gemaakt, zoals martensitisch verouderingsstaal en 18Ni300-vormstaal. Deze nieuwe materialen hebben een 20% hogere thermische geleidbaarheid en een driemaal hogere vermoeidheidsweerstand dan traditionele materialen.
Upgrade van servicemodel: in plaats van 'hardware' te verkopen, verkopen apparaatfabrikanten nu 'oplossingsoutput'. Bolite is begonnen met het aanbieden van een oplossing die "apparatuur, materialen en procesdatabase" combineert. De prijs van het eigen titaniumlegeringspoeder is sinds 2020 met 50% gedaald en het Internet of Things-platform heeft het mogelijk gemaakt om te waarschuwen voor apparatuurstoringen, waardoor het percentage van de service-inkomsten is gestegen naar 30%.