Kann der Metall-3D-Druck die Kosten für die Herstellung von Formversuchen senken?

1. Materialkosten: von „Verringerung der Materialverschwendung“ bis hin zu „besserer Materialnutzung“.
Bei der traditionellen Herstellung von Formversuchen kommt die subtraktive Bearbeitung zum Einsatz, was bedeutet, dass weniger als 50 % des Materials verwendet werden. Dies gilt insbesondere für Formen mit komplexen Strukturen, wie z. B. konforme Kühlwasserkanalformen, bei denen interne Strömungskanäle durch Bohren, Fräsen und andere Prozesse abgeschnitten werden müssen. Dadurch wird viel Material verschwendet. Um beispielsweise einen bestimmten Formeinsatz für den Griff einer elektrischen Zahnbürste herzustellen, benötigt man 2,1 kg Edelstahl, aber am Ende erhält man nur 1 kg nützliche Form, was bedeutet, dass 52 % des Materials verschwendet werden.

Der Metall-3D-Druck nutzt die additive Fertigung, was bedeutet, dass Materialien nach Bedarf hinzugefügt werden und nur sehr wenig Abfall entsteht. Beispielsweise kann die Materialausnutzungsrate von Yishu ESU-EM201 Edelstahlpulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit mehr als 95 % betragen. Nach dem 3D-Druck des identischen Formeinsatzes werden nur 1,05 kg Material benötigt, um den Auftrag abzuschließen, was die Materialkosten halbiert. Außerdem kann das übrig gebliebene Pulver wiederverwendet werden, was die Materialkosten im Laufe der Zeit noch weiter senkt.

2. Die Verarbeitungskosten reichen von der „Zusammenarbeit mehrerer Prozesse“ bis hin zur „Integration einzelner Geräte“.
Die herkömmliche Herstellung von Formversuchen erfordert viele Schritte, darunter Schneiden, Erodieren, Drahtschneiden und Polieren. Außerdem sind viele Werkzeuge erforderlich, etwa CNC-Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und Erodiermaschinen. Dies bedeutet, dass der Aufwand für Ausrüstung und Arbeitsaufwand erheblich ist. Beispielsweise erfordert die Herstellung einer Gussform für ein bestimmtes Autoteil mit herkömmlichen Methoden fünf Ausrüstungssätze, drei Arbeiter und 72 Arbeitsstunden und kostet 12.000 Yuan.

Beim Metall-3D-Druck können alle Fertigungsschritte mit nur einem Gerät durchgeführt werden, sodass nicht mehrere Prozesse zusammenarbeiten müssen. Beispielsweise kann der Dual-Laser-Metall-3D-Drucker EP-M250 Pro Pulver in einer Schicht in weniger als 8 Sekunden verteilen. Die höchste Druckgeschwindigkeit kann das 2,5-fache der Einzellaser-Druckgeschwindigkeit mit einer Schichtdicke von 50 μm betragen, und die relative Dichte der Teile liegt über 99,99 %. Nach dem 3D-Druck der identischen Form für ein Automobilteil sind nur eine Maschine, ein Bediener und 24 Stunden Druckzeit erforderlich. Dadurch sinken die Bearbeitungskosten um 67 % auf 4000 Yuan.

3. Zykluskosten: von „Monaten der Iterationen“ bis zu „Tagen der Validierung“
Der herkömmliche Herstellungszyklus für Formversuche ist lang, insbesondere bei Formen mit komplizierten Strukturen, die immer wieder getestet und repariert werden müssen. Dies kann mehrere Monate dauern. Beispielsweise dauert der Übergang vom Entwurf bis zur Testproduktion für eine bestimmte Form für Flugzeugtriebwerksschaufeln sechs Monate. In dieser Zeit sind 5 Reparaturen erforderlich, wobei jeder Reparaturzyklus 2 Wochen dauert, was die Zykluskosten recht hoch macht.

Der Metall-3D-Druck macht es einfach, in nur wenigen Stunden Änderungen an einem Design vorzunehmen und neue Formen zu erstellen, was im Vergleich zum „Umdrehen und Neuanfang“ eine Menge Geld spart. Am Beispiel einer bestimmten Schalenform eines elektronischen Produkts schloss das Designteam innerhalb von drei Tagen fünf Iterationen mit 3D-Druck ab. Jede Iteration kostete nur 200 Yuan, während die alte Methode zwei Wochen dauerte und 5.000 Yuan pro Iteration kostete. Außerdem ermöglicht der 3D-Druck eine „On-Demand-Produktion“, was bedeutet, dass für Kleinserienbestellungen von 1 bis 1000 Stück keine Formen erforderlich sind, was den Testproduktionsprozess noch weiter beschleunigt.

4. Qualitätskosten: Von der „lokalen ungleichmäßigen Kühlung“ zur „globalen Temperaturoptimierung“
Das Design des typischen Formkühlsystems ist begrenzt, was es schwierig macht, Formen mit komplizierten Strukturen gleichmäßig zu kühlen. Dies kann zu Problemen wie Produktverzerrungen und -verwerfungen mit einer Ausfallrate von bis zu 15 % führen. Bei einer gegebenen Spritzgussform verursacht die herkömmliche Gestaltung des Kühlwasserkreislaufs einen Temperaturunterschied im Produkt von 10 Grad, eine Fehlerquote von 12 % und Qualitätskosten, die 8 % der gesamten Herstellungskosten ausmachen.

Durch den Metall-3D-Druck kann ein konformer Kühlwasserkreislauf geschaffen werden, der die Wärme gleichmäßiger verteilt. Das spiralförmige Wasserwegdesign der von Yisu ESU-EM201 gedruckten Formeinsätze verkürzt die Zeit, die das Produkt benötigt, um die Top-Out-Temperatur zu erreichen, von 19,5 Sekunden auf 13,02 Sekunden. Außerdem wird der Gesamttemperaturunterschied von 10 Grad auf 3 Grad reduziert, der Kühlzyklus um 33 % verkürzt, die Fehlerrate auf 2 % gesenkt und das Qualitätskostenverhältnis auf 1,5 % gesenkt. Langfristig kann die Gestaltung konformer Kühlwasserkanäle die Lebensdauer der Formen verlängern, die thermische Ermüdung verringern und die Qualitätskosten noch weiter senken.

5. Designoptimierung: Übergang vom „strukturellen Kompromiss“ zur „funktionalen Integration“
Der traditionelle Formenbau ist durch die Technik eingeschränkt und die Herstellung komplizierter Strukturen ist schwierig, sodass Designer Kompromisse eingehen müssen, um die Preise niedrig zu halten. Um beispielsweise die Gestaltung des Kühlwasserkreislaufs zu vereinfachen, ist es bei Standardmethoden erforderlich, auf die Festigkeit der Form zu verzichten, was die Lebensdauer der Form um 30 % verkürzt.

Der Metall-3D-Druck bietet Ihnen eine große Vielseitigkeit beim Design. Es können komplizierte Formen wie flexible Kühlkanäle und interne Verstärkungsrippen ohne Qualitätsverlust hergestellt werden. Am Beispiel der Heißform-Abschnittsform von Audi hat der 3D-Druck die interne Designtopologie der Form für Kühlkanäle verbessert, was zu einer Steigerung der Kühleffizienz um 25 % und einer Verlängerung der Formlebensdauer um 40 % geführt hat.. 3D-Druck erleichtert außerdem die Herstellung leichter Dinge, wodurch das Gewicht der Form durch den Verzicht auf zusätzliche Materialien gesenkt wird. Dadurch sinken auch die Material- und Versandkosten.