Wie kann der Metall-3D-Druck das Produktionsproblem komplexer Formstrukturen lösen?

1. Ein flexibler Kühlwasserkreislauf, der das Hauptproblem beim Spritzgießen löst
Die Geschwindigkeit der Herstellung und die Qualität der Produkte hängen davon ab, wie gut die Spritzgussformen kühlen. In herkömmlichen Formen werden Kühlwasserkanäle mit geraden Löchern verwendet. Diese Kanäle haften nur schwer an komplizierten Hohlraumoberflächen, was zu großen lokalen Temperaturschwankungen und Produktfehlern wie Verwerfungen und Schrumpfungsmarkierungen führt. Mithilfe von Topologieoptimierungsmethoden kann der Metall-3D-Druck einen konformen Kühlwasserkanal erzeugen, der perfekt zur Form des Produkts passt. Dadurch können Sie die Temperatur genau dort steuern, wo Wärme entsteht und wo sie abgekühlt wird.
Beispielsweise verringerte sich die Abkühlzeit für die Form des Autotürgriffs von 18 Sekunden auf 12 Sekunden, nachdem ein 3D-gedruckter konformer Wasserkanal verwendet wurde. Die Produktionseffizienz stieg um 33 %, und die Produktverzugsverformung ging von 0,8 mm auf 0,2 mm zurück. Die Erfolgsquote stieg von 92 % auf 98,5 %. Noch wichtiger ist, dass dieses Konzept die physikalischen Beschränkungen bestehender Methoden überwindet - innerhalb einer 0,5 mm dicken Formkernwand kann ein spiralförmiger Kühlkanal mit einem Durchmesser von 2 mm geschaffen werden, um ein dreidimensionales Kühlnetzwerk aufzubauen. Der mit der iSLM420-Ausrüstung von Zhongrui Technology gedruckte konforme Wasserweg auf der Schalenform für Haushaltsgeräte erhöht die Lebensdauer der Form um 40 % und reduziert die Anzahl der durch Hitzeermüdung verursachten Risse um 75 %.
2, Innovation in der Gitterstruktur: Formen leichter machen und verschiedene Funktionen kombinieren
Bei Druckgussformen ist die thermische Ermüdung von Hochtemperatur-Legierungsmaterialien ein Hauptgrund dafür, dass diese nicht so lange halten, wie sie könnten. Der Metall-3D-Druck nutzt biomimetische Gitterstrukturen, um Dinge leichter zu machen, die Wärmeleitungswege zu verbessern und sie stabil zu halten. Die Druckgussform für eine bestimmte Flugzeugtriebwerksschaufel verwendete ein TPMS-Gitterdesign (Three Period Minimally Curve Surface). Dadurch wurde das Gewicht des Formkerns um 35 % reduziert und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Thermoschocks verdoppelt. Der kontinuierliche Produktionszyklus wurde von 5.000 auf 12.000 Formen verlängert.
Dieser strukturelle Vorteil ist besonders wichtig bei der Herstellung von Teilen zur Isolierung. Die Isolationsmesonen in Standard-Heißkanalsystemen sind massiv, aber durch 3D-Druck können hohle sechseckige Gittermesonen hergestellt werden, die den Wärmetransport von der Verteilerplatte zur Form um 60 % effizienter verhindern. Dieses Design verkürzt den Spritzgießzyklus um 22 % und den Energieverbrauch in Formen für medizinische Verbrauchsmaterialien um 18 %.
3, Mikroporöses Abgassystem: Lösung der Branchenherausforderung von Gaseinschlüssen
Wenn beim Spritzgießen das Gas im Formhohlraum nicht schnell genug entweichen kann, kann es zu Problemen wie Gasstreifen und Verbrennungen auf der Produktoberfläche kommen. Bei herkömmlichen atmungsaktiven Stahleinsätzen gibt es zwei Hauptprobleme: Erstens können sie die Luft nur in eine Richtung strömen lassen, und zweitens baut sich an der Stelle, an der der atmungsaktive Bereich auf den dichten Bereich trifft, tendenziell Spannung auf. Der Metall-3D-Druck überschreitet diese Grenzen und kann poröse Objekte mit multidirektionaler Atmungsaktivität erzeugen.
Die Methode der dritten -Generation von atmungsaktivem Stahl von Laser Lumineszenz verbessert den Laserscan-Ansatz, um eine dichte, atmungsaktive Schicht auf der Oberfläche der Form mit einer Porengröße von 0,04 mm zu erzeugen. Gleichzeitig entsteht im Inneren der Form ein dreidimensionales Netzwerk verbundener Poren. Bei der Anwendung von Armaturenbrettformen für Autos reduziert dieses Konzept die Fehlerquote durch eingeschlossene Gase von 15 % auf 0,3 %, ohne dass zusätzliche Auslassöffnungen erforderlich sind, was die Formkonstruktion vereinfacht. Noch wichtiger ist, dass durch den 3D-Druck atmungsaktive Teile und Formkörper zusammenarbeiten können, was bedeutet, dass es nicht wie bei herkömmlichen Inlay-Verfahren zu Undichtigkeiten an den Nähten kommen kann.
4, Integrierte Fertigung komplexer Teile: Veränderung der Wertschöpfungskette der Formenverarbeitung
Im traditionellen Formenbau kommt die Technik „getrennte Bearbeitung + Montage“ zum Einsatz. Das bedeutet, dass wichtige Teile wie Heißdüsen, geneigte Oberteile und Formkernpolster mehrere Schritte durchlaufen müssen. Der Metall-3D-Druck formt diese komplizierten Elemente auf einmal und nutzt dabei die Idee der „integrierten Fertigung“. Beispielsweise muss das Heißdüsensystem der Rahmenform einer bestimmten Mobiltelefonmarke auf übliche Weise aus 12 Teilen zusammengesetzt werden. Mit dem 3D-Druck können Sie eine komplette Heißdüse mit integriertem Strömungskanal und Heizelement-Installationsnut herstellen. Die Montagezeit wird von 8 Stunden auf 0,5 Stunden verkürzt, und das Problem des durch thermische Ausdehnung und Kontraktion verursachten Bruchs wird durch die Reduzierung der Nähte vollständig gelöst.
Diese Änderung macht sich am deutlichsten bei der Herstellung von Teilen mit dünnen Wänden bemerkbar. Das von der Manga-Methode entwickelte Simulationsprogramm VoxelDance Engineering hat das Problem der Druckverformung von dünnwandigen Teilen aus 316L-Edelstahl (Wandstärke 0,3 mm) mit der Methode „Scanning-Verformungskompensation“ erfolgreich gelöst. Mit dieser Methode werden Teile für Auto-Kühlergrillformen genauer, und zwar von ± 0,5 mm auf ± 0,08 mm. Außerdem verkürzt es den Forschungs- und Entwicklungszeitraum um 60 % und steigert den Materialverbrauch um 45 %.
5, Technologische Integration: Einführung eines neuen Paradigmas für die Formenherstellung
Der Metall-3D-Druck existiert nicht isoliert, sondern ist eng mit Technologien wie Simulationsanalyse und intelligenter Erkennung verknüpft. Die Maschinen von Zhongrui Technology verfügen über ein mehrschichtiges optimiertes Windfeldsystem, das das Temperaturfeld des Pulverbetts in Echtzeit überwachen kann. Es kann auch automatisch die Lasereinstellungen ändern, um thermische Spannungen auszugleichen und eine Dichte von 99,95 % für große Formen (z. B. Formen für Autostoßstangen mit den Maßen 1,2 m × 0,8 m) zu erreichen. Mithilfe von Strömungsanalysetools können Designer die Anordnung von Kühlwasserkanälen während des Modellierungsprozesses verbessern, bei dem es sich um eine geschlossene Iteration des „Design-Simulationsdrucks“ handelt.
Im Hinblick auf die Neugestaltung des Kostenmodells hat der 3D-Druck einzigartige Vorteile gezeigt. Beispielsweise kostet die Herstellung von Formen für 1.000 Stück mit herkömmlichen Methoden 280.000 Yuan (180.000 Yuan für die Formenentwicklung), aber die 3D-Drucklösung kostet 20 % mehr pro Stück, verursacht aber keine Formenentwicklungskosten, sodass sich die Gesamtkosten auf 220.000 Yuan senken. Wenn die Iterationsgeschwindigkeit des Produkts die standardmäßige Amortisationszeit der Form (im Allgemeinen 12–18 Monate) überschreitet, wird die Wirtschaftlichkeit des 3D-Drucks deutlicher.