Wie kann der Metall-3D-Druck in der Automobilformindustrie angewendet werden?

一, Technologischer Durchbruch: Von der „Herstellung komplexer Strukturen“ zur „Leistungsanpassung“
Der Hauptvorteil des Metall-3D-Drucks besteht darin, dass er Dinge mit „freiem Design“ und „Integration der Materialstrukturleistung“ herstellen kann. Selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) sind zwei Methoden, mit denen Metallpulver Schicht für Schicht gestapelt werden können, um komplizierte geometrische Muster zu erzeugen. Dies ist eine große Verbesserung gegenüber der Standardverarbeitung von Formformen.
1. Flexibler Kühlkanal: ein großer Fortschritt für die Formleistung
Die Kühleffizienz von Spritz- und Druckgussformen hat einen direkten Einfluss auf die Qualität und den Zyklus des Produktformprozesses. Meistens sind die Kühlwasserkanäle in herkömmlichen Formen gerade, was eine Anpassung an die Oberfläche des Formhohlraums erschwert. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Abkühlung und verändert die Form des Produkts. Mit dem 3D-Druck von Metall können unregelmäßige Wasserwege wie Spiralen und biomimetische Baumzweige erzeugt werden. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Formhohlraum um mehr als das Dreifache vergrößert, der Kühlzyklus halbiert und die Produktzertifizierungsrate auf über 99 % erhöht. Beispielsweise nutzte ein Unternehmen die 3D-Drucktechnologie, um Druckgussformen für Motorzylinderköpfe herzustellen. Dadurch wurde die Produktionszeit von 2 Monaten auf 2 Wochen verkürzt, die Lebensdauer der Form auf über das 100.000-fache erhöht und eine Produktausbeute von 100 % erzielt.
2. Leichtbau: die „Gewichtsreduzierung und Effizienzsteigerung“ von Formen
Automobilformen müssen sehr hohen Temperaturen und Drücken standhalten. Um sicherzustellen, dass sie stabil sind, verwenden traditionelle Designs im Allgemeinen solide Strukturen. Dadurch wird die Form schwer und weist eine große Trägheit auf, was die Verarbeitung weniger genau und weniger effizient macht. Mithilfe von Technologien zur Topologieoptimierung kann der Metall-3D-Druck die Form um 20 bis 30 % leichter machen und gleichzeitig ihre Robustheit bewahren. Beispielsweise stellt ein bestimmtes Automobilunternehmen mithilfe der 3D-Drucktechnologie Formen für Gehäuse von Elektroantrieben aus Aluminiumlegierung her. Durch die integrierte Formung und die Gestaltung sehr dünner Wände wird das Gewicht des Gehäuses um 20 %, der Bearbeitungsprozess um 50 % reduziert und die Materialausnutzung um 40 % erhöht.
3. Eine große Veränderung in der Funktionsweise von Materialien: Übergang von der „Universalisierung“ zu „Szenarien“
Die neuen 3D-Druckmaterialien aus Metall ermöglichen die Herstellung von Formen, die auf unterschiedliche Weise funktionieren. Sie können Standard-H13-Werkzeugstahl, Legierungen mit hoher -Entropie oder Materialien mit Gradientenfunktion verwenden, um 3D--gedruckte Formen herzustellen, die härter, verschleiß- und korrosionsbeständiger und besser für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Beispielsweise hat ein Unternehmen Nano-Wolframcarbid-verstärktes H13-Stahlpulver hergestellt, das die Form auf HRC 60 härter macht und gleichzeitig ihre große Zähigkeit beibehält. Dies erfüllt die hohen Temperatur- und Druckanforderungen von Turbinenscheibenformen für Flugzeugtriebwerke.
2, Anwendungsszenarien: Von der „Prototypvalidierung“ bis zur „Großproduktion“
3D-Druckformen aus Metall haben eine andere Kostenstruktur als herkömmliche Methoden. Die Preise für Ausrüstung und Materialien sind höher, aber die Schritte des Formenbaus, der Probeproduktion und der Modifikation sind nicht mehr erforderlich. Die Gesamtkosten sinken mit zunehmender Fertigungslosgröße. Derzeit kann es in drei Hauptsituationen eingesetzt werden:
1. Formen mit komplexer Struktur: Überwindung der Grenzen der traditionellen Fertigung
Der 3D-Druck kann den Entwicklungszyklus bei Formen mit empfindlichen Texturen, tiefen Hohlräumen oder nicht geraden Flüssen erheblich beschleunigen. Beispielsweise nutzt ein Unternehmen den 3D-Druck, um Prägeformen für Schuhsohlenmuster herzustellen. Dies verkürzt die Zeit vom Entwurf bis zur Lieferung von sechs Wochen auf zehn Tage und ermöglicht eine individuelle Anpassung an die Anforderungen kleiner Mengen und einer breiten Produktpalette. Der COMAC C929 nutzt SLM zum Drucken von Flügelstützformen aus Titanlegierung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Dadurch werden die Formen deutlich leichter und stabiler.
2. Formen mit großem Mehrwert: Sie garantieren sowohl Leistung als auch Präzision.
Im Bereich neuer Energiefahrzeuge müssen Formen für grundlegende Teile wie Batterien und Motoren sehr präzise sein und gut funktionieren.. 3D-Drucktechnologie kann Formen mit „einmaligem Formen“ herstellen, was die Entstehung von Fehlern verhindert, wenn die Formen bei herkömmlichen Verfahren mehrmals geschlossen werden. Beispielsweise hat ein Unternehmen für neue Energiefahrzeuge die 3D-Drucktechnologie zur Herstellung integrierter Fahrgestellformen eingesetzt, was den Schweißaufwand reduziert, die Fahrzeuge robuster macht und die Formenentwicklungszyklen um 80 % beschleunigt.
3. Reparatur und Wiederaufbereitung von Formen: Kostensenkung über den gesamten Lebenszyklus
Um eine Form auf altmodische Weise zu reparieren-, müssen Sie die beschädigten Schichten mithilfe von Draht und elektrischer Entladung herausschneiden und sie dann wieder zusammenschweißen. Dies dauert lange und kostet viel Geld.. 3Die D-Drucktechnologie kann „präzise Reparaturen“ an den beschädigten Bereichen der Form durchführen, und die Laser-Cladding-Deposition-Technologie (LC) kann die Form schnell wieder auf ihre ursprüngliche Größe und Leistung zurückbringen. Beispielsweise setzte ein Unternehmen die LC-Technologie ein, um die Oberfläche des Prägeformhohlraums zu fixieren. Dadurch konnte die Reparaturzeit von 7 Tagen auf 2 Tage verkürzt, der Aufwand um 50 % gesenkt und die ursprüngliche Präzision der Form wiederhergestellt werden.
3, Trends in der Branche: Von der „technologischen Substitution“ zum „ökologischen Umbau“
Um 3D-Druckformen aus Metall häufiger zu machen, müssen wir drei große Probleme überwinden: die Materialkosten, die Standardisierung des Prozesses und die Stabilität der Ausrüstung. Derzeit drängt die Branche auf folgende Weise auf den Einsatz von Technologie:
1. Neue Materialien: Vereinfachte Handhabung
Bei der Forschung und Entwicklung neuartiger Metallpulver wird versucht, ein Gleichgewicht zwischen niedrigen Kosten und guter Leistung zu finden. Beispielsweise stellte ein Unternehmen biobasiertes Nylon-PA11-Material durch die Gewinnung von Rizinuspflanzen her. Dies senkt die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen technischen Kunststoffen um 30 % und behält gleichzeitig die hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei, was es perfekt für die Herstellung von Formen für die Innenausstattung von Autos macht. Die Erforschung und Entwicklung neuer Materialien, wie Legierungen mit hoher -Entropie und Materialien mit Gradientenfunktion, wird es auch ermöglichen, 3D-gedruckte Formen in Situationen zu verwenden, in denen sie hohen Temperaturen und Korrosion standhalten müssen.
2. Intelligente Produktion: Dinge schneller und präziser machen
KI-Parameteroptimierung und Online-Überwachungstechnologien können Druckeinstellungen in Echtzeit ändern, um Fehler zu beseitigen. Beispielsweise hat ein Unternehmen eine automatische Pfropffunktion eingeführt, die den Formspleißfehler mithilfe der Benchmark-Position auf innerhalb von 0,05 mm hält. Dies ermöglicht die Massenproduktion-großer Formen. Mit der IoT-Technologie können Sie Gegenstände auch aus der Ferne überwachen und reparieren, was die Betriebs- und Wartungskosten senkt und sie zuverlässiger macht.
3. Zusammenarbeit in der Industriekette zur Schaffung einer offenen Ökologie
Unternehmen, die Geräte herstellen, Materialien liefern und Formen herstellen, arbeiten zusammen, um eine Komplettlösung aus „Hardware + Materialien + Dienstleistungen“ zu schaffen. Beispielsweise bietet ein Unternehmen eine Komplettlösung aus „Ausrüstung+Prozess+Verbrauchsmaterialien“ an. Seine UM600MT-Ausrüstung hat eine Formgröße von 400 mm × 600 mm × 500 mm, was groß genug ist, um riesige Autoformen zu drucken. Außerdem würde die Cloud-Plattform Designressourcen aus der ganzen Welt mit Fertigungsknoten in verschiedenen Bereichen verbinden und so ein neues Geschäftsmodell mit der Bezeichnung „lokaler Druck und globaler Vertrieb“ schaffen.