Hoe kan 3D-printen met metaal de productiecyclus van matrijzen helpen verkorten?

一, Process Refactoring: de overstap van "seriële verwerking" naar "parallelle productie"
Traditionele matrijzenbouw maakt gebruik van het 'seriële verwerkings'-paradigma, waarbij elke bewerking opeenvolgend wordt uitgevoerd en elke vertraging in welke schakel dan ook zou resulteren in een algehele langere cyclus. Het standaardproductieproces van een matrijs voor een bepaalde fabrikant van auto-onderdelen duurt bijvoorbeeld 120 uur, alleen al voor de fasen van de elektrodebewerking en de ontladingsbewerking. Dit betekent dat de kans op fouten groter is, omdat er zoveel klem- en positioneringsstappen zijn. Met de 'parallelle productie'-modus integreert de 3D-printtechnologie voor metaal de drie belangrijkste stappen van ontwerp, printen en na-nabewerking zonder tijdsverschillen, wat een grote verandering is ten opzichte van de oude methoden:
Integratie van ontwerp en printen: Nadat het matrijsontwerp in 3D-modelleringssoftware is voltooid, kunnen ontwerpers meteen slice-gegevens opbouwen en deze naar 3D-printers sturen zonder dat ze elektroden hoeven te maken, CNC-instructies hoeven te schrijven of het proces hoeven te onderzoeken. De mal voor de airconditioningbehuizing, geproduceerd door Zhongrui Technology voor een bepaald bedrijf in huishoudelijke apparaten, duurt slechts 72 uur van ontwerp tot printen, wat 60% korter is dan standaardtechnieken.
Parallelle verwerking van meerdere taken: De apparatuur kan tijdens het printen meerdere matrijsonderdelen tegelijk maken, waardoor er geen tussenkomst van mensen nodig is. Een bepaalde maker van matrijzen- maakt bijvoorbeeld gebruik van een dubbele laser-3D-printer voor metaal om in 48 uur 16 concave vormholten tegelijkertijd te bouwen. Dit is 8 keer sneller dan de typische verwerking van één stuk.
Gemakkelijker na-verwerkingsproces: om bij de proefmatrijs te komen, hoeft de gedrukte mal slechts enkele basisstappen te doorlopen, zoals het doorknippen van de draden, het verwijderen van de steun en het verwarmen van de mal. Volgens een casestudy van een mal voor elektronische connectoren hebben 3D-geprinte mallen 70% minder tijd nodig om te voltooien dan traditionele mallen, en is het niet nodig om steeds opnieuw hetzelfde werk te doen.
2, Innovatie in het proces: de lichtgewicht constructie en periodieke compressieactie van conforme koeling
Het koelsysteem voor de matrijs is een groot onderdeel van de productiecyclus. Vanwege hun beperkte architectuur hebben traditionele waterkanalen met rechte gaten vaak inconsistente schimmeltemperaturen en hebben ze langere koeltijden nodig om te voorkomen dat producten van vorm veranderen. Metaal 3D-printtechnologie verbetert zowel de koelefficiëntie als de productiecyclus door gebruik te maken van twee nieuwe processen:
Ontwerp van een conformeel koelwaterkanaal: Ontwerpers kunnen het "free moulding"-aspect van 3D-printen gebruiken om spiraalvormige, mesh- of biomimetische stroomkanaalvormen te maken die zeer nauw aansluiten bij de vormholte. Na het gebruik van een conforme waterweg voor een bepaalde bumpermal voor een voertuig, is de spuitgietcyclus teruggebracht van 45 seconden naar 30 seconden, en is de jaarlijkse productiecapaciteit van één apparaat met 120.000 stuks gestegen. De conforme waterweg is zelfs nog belangrijker omdat deze de ‘verkoelende blinde vlek’ van traditionele waterwegen wegneemt. Dit verlaagt het productvervormingspercentage van 0,8% naar 0,2% en verhoogt het rendement tot 99,5%, waardoor er minder tijd nodig is voor het testen en nabewerken van de matrijs.
Lichtgewicht structurele optimalisatie: Topologie-optimalisatietechnologie kan helpen bij het 3D-printen van metaal om extra materialen uit mallen te halen, waardoor het gewicht met 30% tot 50% kan worden verminderd en er toch voor wordt gezorgd dat de structuur sterk is. Een bedrijf dat windenergieapparatuur maakt, heeft een bladvorm van 2-meter breed opgedeeld in 8 lichtgewicht modules om te printen. Hierdoor worden de verzendkosten met 40% verlaagd. Ook is de tijd die nodig is om een ​​enkele module te vervangen teruggebracht van 2 uur naar 30 minuten, waardoor de onderhoudscyclus van de matrijs aanzienlijk wordt verkort.
3, Materiaaloptimalisatie: periodieke doorbraken in hoogwaardige legeringen en composietmaterialen
De manier waarop vormmaterialen werken, heeft een direct effect op hoe moeilijk het is om te verwerken en hoe lang het duurt om iets te maken. Omdat traditioneel vormstaal behoorlijk hard is en de warmte niet goed doorgeeft, moet het verschillende keren met warmte-worden behandeld en zeer nauwkeurig worden bewerkt om aan de gebruiksbehoeften te voldoen. Maar de 3D-printtechnologie voor metaal overwint de prestatielimieten van standaardmaterialen door de manier te veranderen waarop materialen worden gemaakt en de manier waarop ze worden gebruikt.
Direct printen van legeringen voor hoge- temperaturen: een bepaalde fabrikant van turbinemotoren maakt gebruik van 3D-printen om voluten te maken van legeringen op basis van nikkel- voor hoge- hoge temperaturen. Het behaalt 100.000 lek-vrije cycli in een omgeving met hoge- temperaturen van 600 graden door de laserinstellingen en ondersteunende structuren te optimaliseren. De levensduur is drie keer langer dan die van traditionele gietstukken, en het hoeft daarna niet heet isostatisch te worden geperst, wat de productiecyclus met 20% verkort.
Effectieve warmteafvoer door koperlegeringen: Een dienstverlener in datacenters gebruikt 3D-geprinte, vloeistofgekoelde modules uit koperlegeringen met een thermische geleidbaarheid van 398W/(m · K). Dit maakt ze 60% effectiever in het afvoeren van warmte dan aluminium modules. Geïntegreerd printen elimineert het risico op laslekkage, waardoor de tijd die nodig is om het warmteafvoersysteem van de server te debuggen, wordt teruggebracht van 7 dagen naar 3 dagen.
Functionele integratie van composietmaterialen: 3D-printen met metaal kan ervoor zorgen dat praktische structuren zoals koelkanalen, uitwerppennen en uitlaatgleuven allemaal samenwerken. Door geïntegreerd ontwerp is het aantal onderdelen in een bepaalde auto-interieurmatrijs teruggebracht van 127 naar 38. De tijd die nodig is om de matrijs in elkaar te zetten is met 70% teruggebracht en het lekkagepercentage van de matrijs is gedaald tot minder dan 0,1% omdat er minder afdichtingsverbindingen zijn.
4, Casestudy: De cyclische verschuiving van laboratorium naar productielijn
Op het gebied van medische mallen gebruikt een bepaald bedrijf voor medische apparatuur de 3D-printtechnologie van metaal om orthopedische implantaatmallen te maken. De spuitgietcyclus wordt verlaagd van 120 seconden naar 75 seconden dankzij het conforme koelingsontwerp. De stabiliteit van de productgrootte wordt met 50% verbeterd en de dagelijkse productiecapaciteit gaat van 500 stuks naar 800 stuks. Hiermee wordt voorzien in de behoefte aan medische noodvoorraden.
In de consumentenelektronica-industrie maakt een bedrijf dat mobiele telefoons maakt gebruik van 3D-printen om mallen te maken voor USB-topcovers. Door het conforme waterwegontwerp te verbeteren, wordt de gietcyclus voor spuitgegoten componenten met 45% verkort en stijgt het directe doorgangspercentage van goederen van 82% naar 95%. Dit komt omdat ongelijkmatige koeling minder oppervlaktedefecten veroorzaakt. Dit maakt de tijd die nodig is om nieuwe producten te lanceren veel korter.
Een bepaald bedrijf dat vliegtuigmotoren maakt in de lucht- en ruimtevaart, is begonnen met het gebruik van 3D-geprinte turbinebladen van titaniumlegeringen. Het matrijsgewicht is met 40% verlaagd dankzij een lichtgewicht ontwerp en topologieverbetering. Bovendien is de reparatiecyclus van de matrijs teruggebracht van 15 dagen naar 3 dagen, omdat de vervorming door de warmtebehandeling is afgenomen. Dit zorgt ervoor dat de motorbladen altijd beschikbaar zijn.