Czy druk 3D z metalu może wytwarzać formy do tłoczenia?

1. Wykonalność techniczna: przejście od „weryfikacji koncepcji” do „zastosowania w skali”.
Główną zaletą druku 3D z metalu jest to, że pozwala na „swobodne projektowanie” i „szybką produkcję”. Stosując metody takie jak selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM), proszki metali można układać jeden na drugim, tworząc skomplikowane projekty geometryczne. Wykracza to poza granice standardowej obróbki kształtów form.
Możliwość wykonywania skomplikowanych konstrukcji
Aby wytworzyć tradycyjne formy do tłoczenia, kanały wody chłodzącej muszą zostać poddane obróbce metodami takimi jak frezowanie i wiercenie. Jednakże utworzenie skomplikowanych wgłębień i nierównych kanałów wodnych może być trudne, ponieważ dostęp do narzędzi przetwarzających jest trudny. Na przykład obieg wody chłodzącej matrycę tłoczącą głowicy cylindrów silnika samochodowego musi być ściśle połączony z powierzchnią wnęki formy, aby równomiernie rozprowadzać ciepło. Tradycyjne metody utrudniają utworzenie-nieliniowego układu obiegu wody. Druk 3D z metalu może bezpośrednio tworzyć nieregularne drogi wodne, takie jak spiralne i biomimetyczne gałęzie drzew. Dzięki temu chłodzenie jest o ponad 30% wydajniejsze i przyspiesza proces formowania. Dobrze-znana firma samochodowa wykorzystuje druk 3D do tworzenia form do tłoczenia głowic cylindrów silnika. Skraca to czas potrzebny na ich wykonanie z dwóch miesięcy do dwóch tygodni i sprawia, że ​​formy wytrzymują ponad 100 000 razy dłużej.
Duży krok naprzód w działaniu materiałów
Drukowanie 3D metalu umożliwia teraz spójne kształtowanie metali o-wytrzymałości. Na przykład stal narzędziowa H13 może osiągnąć twardość 50-55 HRC i udarność 22J po druku 3D i obróbce cieplnej. Spełnia to wymagania form odlewniczych-w zakresie odporności na zużycie i pękanie. Sprzęt z serii FS273M firmy Huashu High Tech jest używany przez firmę Broadcom Precision do drukowania-wkładek do form odlewniczych. Rozmiary tych wkładek są stabilne nawet po 50 000 cyklach tłoczenia, a wydajność wynosi 100%. Ponadto zastosowanie-wysokowydajnych materiałów, takich jak stopy tytanu i stopy na bazie niklu,- sprawia, że ​​formy drukowane w 3D są wystarczająco mocne, aby wytrzymać trudne warunki, takie jak wysokie temperatury i wysokie ciśnienia.
Innowacje w integracji procesów
Aby znaleźć równowagę między kosztami a wydajnością, branża przyjrzała się hybrydowemu podejściu do produkcji, które łączy „druk 3D i tradycyjne przetwarzanie”. Oddział w Haixi Generalnego Instytutu Badań Mechanicznych wymyślił sposób wytwarzania form do tłoczenia na gorąco. Najpierw wyfrezowali podłoże formy i proste rury. Następnie za pomocą druku 3D ułożyli jedna na drugiej nieregularne rury chłodzące. Na koniec upewnili się, że wnęka formy jest dokładna, wycinając ją i polerując. Ta procedura zmniejsza ilość proszku metalicznego o 60%, czas przetwarzania o 40% i zapewnia idealne dopasowanie rurociągu chłodzącego i gniazda formy.
2. Kontrola działania: trzy testy twardości, trwałości i dokładności
Formy do tłoczenia muszą wytrzymać dziesiątki tysięcy, a nawet miliony-uderzeń pod wysokim ciśnieniem, a ich twardość, odporność na zużycie i stabilność wymiarowa decydują o jakości wytwarzanych z nich produktów. Aby dowiedzieć się, czy metalowe formy do druku 3D działają tak, jak powinny, należy przyjrzeć się rzeczywistym danym produkcyjnym.
Twardość i odporność na zużycie
Testy laboratoryjne wykazały, że drukowane w 3D formy ze stali H13 (HRC 52) są tak samo twarde jak tradycyjne formy do kucia (HRC 50-53). Jednakże mikrostruktura jest bardziej spójna, co zmniejsza ryzyko powstania pęknięć. W przypadku stosowania form do tłoczenia do produkcji ram siedzeń samochodowych, formy drukowane w 3D zużywają się o 40% szybciej niż formy tradycyjne, a cykl konserwacji trwa 3 miesiące.
życie w zmęczeniu
Badania zmęczenia wysokocyklowego pokazują, że granica zmęczenia form drukowanych w 3D jest podobna do tej w przypadku tradycyjnych procedur. Należy jednak zwracać uwagę na błędy w druku. Na przykład niecałkowite stopienie porów w technologii topienia w złożu proszkowym może spowodować narastanie naprężenia i skrócenie żywotności materiału. Zespół badawczy poprawił trwałość zmęczeniową form Ti6Al4V drukowanych w 3D do 10 ^ 7 cykli, co spełnia kryteria klasy lotniczej, poprzez optymalizację taktyki skanowania (takiej jak skanowanie szachownicy) i siły wiązania międzywarstwowego.
poprawność wymiarów
Drukowanie 3D z metalu może zapewniać dokładność z dokładnością do ± 0,05 mm, a metody-obróbki końcowej, takie jak prasowanie izostatyczne na gorąco i obróbka CNC, mogą pozbyć się wszelkich pozostałych naprężeń i zniekształceń. 3Dzięki technologii druku D udało się wykonać formy do tłoczenia obudów urządzeń elektronicznych, które są dokładnymi kopiami tekstur na poziomie 0,3 mm i chropowatości powierzchni Ra<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Kiedy go używać: przejście od „produkcji próbnej na małą skalę” do „produkcji-na dużą skalę”
W druku 3D metalu struktura kosztów różni się od tradycyjnych metod. Ceny sprzętu i materiałów są wyższe, ale etapy projektowania formy, produkcji próbnej i modyfikacji nie są już potrzebne. Wraz ze wzrostem wielkości partii produkcyjnej całkowity koszt maleje. Obecnie można go zastosować w trzech głównych sytuacjach:
Forma do skomplikowanych konstrukcji
Druk 3D może znacznie przyspieszyć cykl rozwoju form o delikatnych teksturach, głębokich pustkach lub nieprostych drogach wodnych. Na przykład jedna firma wykorzystuje druk 3D do wykonywania form do tłoczenia podeszew butów. Skraca to czas potrzebny na wykonanie projektu z 6 tygodni do 10 dni, a także pozwala na tworzenie projektów na zamówienie, dostosowanych do potrzeb małych partii i szerokiej gamy stylów.
Formy z dużą wartością dodaną
W takich dziedzinach jak lotnictwo i opieka zdrowotna dokładność i wymagania dotyczące wydajności form są znacznie ważniejsze niż ich koszt.. 3Druk D jest z powodzeniem stosowany do wytwarzania form do-produktów wysokiej klasy, takich jak tarcze turbin do silników lotniczych i sztuczne protezy stawów. Jego główne zalety to lekka konstrukcja (zmniejszająca wagę o 20% do 30%) i zintegrowana konstrukcja (co ogranicza liczbę błędów montażowych).
Naprawianie i przerabianie form
Technologia laserowego osadzania okładzin (LC) stosowana w druku 3D może szybko naprawić zużyte formy. Na przykład jeden z producentów samochodów zastosował technologię LC do mocowania powierzchni wnęki formy do tłoczenia. Skróciło to czas naprawy z 7 do 2 dni, obniżyło koszty o 50% i przywróciło pierwotną precyzję formy.