Was sind die gängigen Metall-3D-Druckverfahren im Formenbau?

一, Pulverbettschmelztechnik: Das bedeutet hohe Präzision und einen komplizierten Aufbau.
Bei der Pulverbettschmelztechnologie werden hochenergetische Strahlen eingesetzt, um Metallpulverschichten selektiv zu schmelzen. Mittlerweile ist es das am häufigsten verwendete Verfahren im Formenbau. Einige Beispiele dieser Technologien sind das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM).
1. SLM-Technologie: ein Game-Changer für Formenkühlsysteme
SLM verwendet Hochleistungslaserstrahlen, um Metallpulver Schicht für Schicht zu schmelzen. Dadurch können Metallteile mit einer Dichte von über 99,9 % hergestellt werden. Die Gestaltung konformer Kühlkanäle zeigt ihren grundlegenden Wert im Formenbau. Bohrverfahren beschränken herkömmliche Formenkühlkanäle auf lineare oder einfache Zickzackmuster, was sie bei der Kühlung weniger effektiv macht. Mit der SLM-Technologie können nicht gerade Wasserkanäle wie Spiralen und Dendriten erzeugt werden. Dadurch wird die Kühlung um mehr als 40 % effektiver. Als Huawei-Telefone beispielsweise auf ein topologieoptimiertes Kanaldesign für die Rahmenform umstellten, sank die Zeit, die für die Herstellung eines einzelnen Teils benötigt wurde, von 120 Sekunden auf 75 Sekunden, und die Ausbeute stieg von 89 % auf 98 %.
2. EBM-Technologie: die beste Möglichkeit, Formen für Hochtemperaturlegierungen herzustellen
Die EBM-Technologie nutzt einen Elektronenstrahl, um Metallpulver im Vakuum zu schmelzen. Seine besonderen Vorteile sind:
Materialanpassungsfähigkeit: Funktioniert gut mit aktiven Metallen wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis-. Diese Metalle werden häufig in hochwertigen Formen verwendet, wie sie in der Luft- und Raumfahrt sowie in Automobilmotoren verwendet werden.
Kontrolle der Eigenspannung: Die Scangeschwindigkeit des Elektronenstrahls ist recht hoch, wodurch die Hitzebelastung und das Risiko einer Formverformung erheblich gesenkt werden können.
Wie gut die Dinge gemacht sind: Die Energiedichte eines Elektronenstrahls ist drei- bis fünfmal so hoch wie die eines Lasers und die Druckgeschwindigkeit ist 30 bis 50 % schneller als bei SLM.
Die Titanlegierungsformen von Platinum für Flugzeugtriebwerke werden mithilfe der EBM-Technologie hergestellt, die komplizierte aerodynamische Kanäle hinzufügt. Dadurch halten die Formen länger (von 8.000 auf 25.000 Zyklen) und sind 42 % leichter.
2, Directed Energy Deposition-Technologie: Eine großartige Möglichkeit, große Formen zu reparieren und Dinge additiv herzustellen
Die Technologie der gerichteten Energieabscheidung eignet sich gut für die Herstellung und Befestigung großer Formen, da sie gleichzeitig Metallpulver oder Draht bewegen und die Schmelze abscheiden kann. Laser Near Net Shape (LENS) und Arc Additive Manufacturing (WAAM) sind zwei seiner Hauptmethoden.
1. LENS-Technologie: eine neue Möglichkeit, Formen aus Gradientenmaterial herzustellen
Die LENS-Technologie ermöglicht den reibungslosen Übergang verschiedener Materialien ineinander, indem Metallpartikel geschmolzen und gleichzeitig durch einen konzentrierten Laserstrahl bewegt werden. Mit dieser Technologie werden im Formenbauprozess -Druckgussformen mit funktional abgestuften Strukturen hergestellt:
Oberflächenschicht: sehr fest und sehr verschleißfest. Um die Form verschleißfester zu machen, wird eine Kobalt-Chrom-Legierung verwendet.
Kernschicht: Verwendung einer Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und geringer{0}}Dichte, um die Form leichter zu machen und die Wärme besser abzuleiten.
Im Vergleich zu herkömmlichen homogenen Materialien sorgt diese Gradientenstruktur dafür, dass die Form zwei- bis dreimal länger hält und 15-20 % weniger Energie verbraucht.
2. WAAM-Technologie: Eine kostengünstige -effektive Möglichkeit, große Formen herzustellen
WAAM verfügt über die folgenden Merkmale: Es nutzt einen Lichtbogen als Wärmequelle zum Schmelzen von Metalldraht.
Geringe Materialkosten: Metalldraht kostet nur ein-Drittel bis-die Hälfte so viel wie Pulvermaterialien.
Hohe Sedimentationseffizienz: Pro Stunde können 3–5 kg Metall abgeschieden werden, was ausreicht, um riesige Formen mit einer Breite von einem Meter herzustellen.
Starke Reparaturfähigkeit: Kann Risse und Verschleiß beheben, indem Materialien direkt auf vorhandene Formen aufgetragen werden.
Ein bestimmter Automobilhersteller nutzte die WAAM-Technologie, um eine Form für einen 2-Tonnen-Motorzylinder zu reparieren. Dies reduzierte die Reparaturkosten im Vergleich zum Kauf einer neuen Form um 68 % und verkürzte die Reparaturzeit von 45 Tagen auf 7 Tage.
3, Klebstoffsprühtechnologie: eine Möglichkeit, kleine-Formen effizienter zu machen
Die Klebstoffsprühtechnologie sprüht Klebstoff nur dort auf, wo er zum Anbringen von Metallpulverpartikeln benötigt wird. Nach dem Entfetten und Sintern entstehen dichte Metallstücke. Diese Technologie umgeht die Größenbeschränkungen der Pulverbettschmelztechnologie und ist somit die beste Lösung für die Herstellung kleiner Formen.
1. Vorteile in Bezug auf Technologie
Schnelle Produktion: Es ist nicht erforderlich, jede Schicht einzeln zu schmelzen, und die Druckgeschwindigkeit ist 5–10 Mal schneller als bei SLM.
Hoher Materialverbrauch: Ungebundenes Pulver kann zu 100 % recycelt werden, was die Materialkosten um 30 bis 40 % senkt.
Viel geometrische Freiheit: Es können Formen mit komplizierten Innenhohlraumgeometrien hergestellt werden, einschließlich Kunststoffspritzgussformen mit konformer Kühlung.
2. Anwendungsbeispiele
Ein bestimmtes Unternehmen für medizinische Geräte verwendet Klebstoffsprühtechnologie, um maßgeschneiderte Formen für orthopädische Implantate herzustellen. Die Kosten für die Herstellung einer Form sind von 12.000 Yuan auf 4.800 Yuan gesunken, und die Zeit, die für die Herstellung einer Form benötigt wird, ist von sechs Monaten auf 50 Tage gesunken. Diese Technologie wird auch häufig in Bereichen wie Schmuckformen und Präzisionsformen für die Elektronik eingesetzt. Es trägt dazu bei, dass sich der Formenbau hin zu mehr Flexibilität und Individualisierung bewegt.
4. Die Zukunft des Formenbaus liegt in der Multi-Prozessintegration.
Mit fortschreitender Technologie reicht ein einzelner Prozess nicht mehr aus, um die vielfältigen Anforderungen im Formenbau zu erfüllen. Daher hat sich die Zusammenführung mehrerer Prozesse als neuartige Entwicklung innerhalb der Branche herausgestellt.
SLM+CNC-Verbundverarbeitung: Verwenden Sie zunächst SLM, um den Formrohling zu drucken. Verwenden Sie dann CNC für die Präzisionsbearbeitung, die die Geschwindigkeit des Formens mit der Genauigkeit der Oberfläche in Einklang bringt.
Kombination von LENS- und Wärmebehandlung: Während des LENS-Abscheidungsprozesses erfolgt gleichzeitig eine Laserabschreckung, um die Oberflächenhärte der Form auf über 55 HRC zu erhöhen.
Klebstoffspritzen plus HIP-Verdichtung: Durch Heißisostatisches Pressen (HIP) werden die inneren Poren in den mit Klebstoff beschichteten Teilen entfernt. Dadurch liegt die Formdichte bei über 99,5 %.