Was sind die Hauptvorteile des Metall-3D-Drucks im Formenbau?

1. Durchbrechen von Designgrenzen: Erstellen komplexer Strukturen in freier{1}}Form
Die „Materialentfernungs“-Logik der subtraktiven Bearbeitung schränkt die traditionelle Formenherstellung ein. Es kann schwierig sein, komplexe interne Strömungskanäle, unebene Oberflächen und andere Strukturen herzustellen, oder es müssen möglicherweise mehrere Teile zusammengesetzt werden, was die Kosten erhöht und die Zuverlässigkeit verringert. Die für den Metall-3D-Druck charakteristische „Schicht-für-Schicht-Stapelung“ überwindet diese Barriere völlig. Seine Hauptvorteile sind:
Gestaltung eines konformen Kühlwasserkanals: Mit der Laser-Pulver-Bett-Schmelztechnik (LPBF) können spiralförmige, netzförmige oder biomimetische Strömungskanalgeometrien direkt hergestellt werden, die eng am Formhohlraum anliegen. Beispielsweise hat Conflux Technology in Australien einen 3D--gedruckten Wärmetauscher für den Luft- und Raumfahrtsektor hergestellt, dessen Wände innen nur 0,3 mm dick sind. Im Vergleich zu früheren Konstruktionen steigt die Wärmeaustauscheffizienz um 40 % und der Druckabfall verringert sich um 25 %.
Integrierte Heißdüsenfertigung: Herkömmliche Heißdüsen müssen aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden. Mit dem Metall-3D-Druck können der Heißdüsenkörper, der Heizelementschlitz und der Strömungskanal gleichzeitig hergestellt werden. Dies reduziert Lücken und Brüche, die entstehen, wenn sich die Teile aufgrund von Hitze ausdehnen und zusammenziehen, und macht den Einspritzprozess stabiler.
Komplizierte Musterformen: Es ist schwierig, komplizierte Strukturen im Mikromaßstab -mit traditionellen Methoden wie Musterblöcken für Reifenformen aus Gummi und Musterformen für Schuhsohlen herzustellen. Beim Metall-3D-Druck kann ein nicht unterstützter Druck durch die Verwendung einer hochpräzisen Punktsteuerung (z. B. das LPBF-Verfahren im Mikromaßstab, das einen Punktdurchmesser von nur 20 μm aufweist) und Ra-Werten der Oberflächenrauheit von nur 0,8 μm erfolgen. Dies reduziert den Bedarf an späterem Polieren.
2. Verkürzung des Herstellungszyklus: von Wochen auf 48 Stunden
Die Herstellung herkömmlicher Formen erfordert mehr als zehn Schritte, wie z. B. das Entwerfen der Form, die CNC-Bearbeitung, die Wärmebehandlung, den Zusammenbau und die Fehlerbehebung. Der gesamte Prozess kann Wochen oder sogar Monate dauern. Das „Design als Produktion“-Modell des 3D-Metalldrucks vereinfacht den Prozess, indem es 3D-Modellierung, Schnittverarbeitung, Druckformung und Nachbearbeitung umfasst. Dies verkürzt die Zeit, die für die Lieferung des Produkts benötigt wird.
Überprüfung des Rapid Prototyping: Ein bestimmter Autoteilehersteller hat mit dem Metall-3D-Druck begonnen, um die Zeit für die Herstellung einer schwierigen Spritzgussform von 15 Tagen auf 3 Tage zu verkürzen, was den Prozess der Herstellung neuer Produkte beschleunigt.
Kleinserienfertigung: Mit dem 3D-Metalldruck lassen sich Innenteile aus Metall für maßgeschneiderte High-End-Autos oder spezielle Getriebeteile für Rennwagen herstellen. Es ist nicht erforderlich, eine Form zu öffnen, wodurch die Kosten für jedes Stück im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 30 % gesenkt werden und das Design häufig geändert werden kann.
Notfall-Wartungsreaktion: Im Sektor Energieausrüstung verwendete ein bestimmtes Unternehmen die Metall-3D-Drucktechnologie, um das Pumpengehäuse aus Hochtemperaturlegierung in weniger als 48 Stunden zu reparieren und so Verluste durch die Abschaltung der Ausrüstung zu verhindern.
3. Verbessern Sie Ertrag und Produktionseffizienz durch Optimierung der Kühlleistung.
Die Qualität von Spritzgussteilen wird maßgeblich vom Kühlsystem der Form beeinflusst. Aufgrund ihrer begrenzten Anordnung können herkömmliche Kühlkanäle mit geraden Löchern zu inkonsistenten Formtemperaturen führen, was zu Problemen wie Produktverbiegung und -verformung führen kann. Die konforme Kühlmethode für den Metall-3D-Druck führt vor allem auf drei Arten zu erheblichen Leistungsverbesserungen:
Das biomimetische Strömungskanaldesign stellt sicher, dass das Kühlwasser den Formhohlraum gleichmäßig bedeckt, wodurch das Temperaturfeld gleichmäßig bleibt. Die Verzugsrate des Produkts sank von 0,8 % auf 0,2 % und seine Ausbeute stieg auf 99,5 %, nachdem in einer bestimmten elektrischen Steckerform ein 3D-gedruckter konformer Wasserkanal verwendet wurde.
Zhongrui Technology stellte für einen Haushaltsgerätehersteller eine Schalenform für Klimaanlagen her, um den Formzyklus zu verkürzen. Durch die Verbesserung der Anordnung des Kühlkanals konnte der Spritzgießzyklus von 45 Sekunden auf 30 Sekunden verkürzt und die jährliche Produktionskapazität eines Geräts um 120.000 Stück erhöht werden.
Geringerer Energieverbrauch: CoolestDC in Singapur hat eine 3D--gedruckte flüssigkeitsgekühlte Platte mit einem integrierten nahtlosen Design hergestellt, die 15 % weniger Energie verbraucht als typische gelötete flüssigkeitsgekühlte Platten und keine Gefahr von Undichtigkeiten aufweist.
4. Leichtes Design: Spart Geld bei Material und Versand
Das Gewicht der Form hat einen direkten Einfluss auf den Energieverbrauch bei der Verarbeitung, die Transportkosten und die Sicherheit beim Arbeiten. Die Technologie zur Topologieoptimierung im Metall-3D-Druck kann das meiste Material entfernen und gleichzeitig die Struktur stabil halten.
Eine spezielle Druckgussform verwendet eine 3D--gedruckte Diamantgitter-Stützstruktur, die sie 35 % leichter und 20 % länger-haltbar macht.
Modularer Aufbau: Große Formen können zum Drucken in kleinere, leichtere Module aufgeteilt werden. Diese Module können dann mithilfe mechanischer Verbindungen zusammengesetzt werden, um das Risiko des Transports eines einzelnen Teils zu verringern. Beispielsweise schneidet ein Unternehmen, das Windkraftanlagen herstellt, eine Form für ein Rotorblatt mit einem Durchmesser von 2 {3} Metern in acht Teile, wodurch die Versandkosten um 40 % gesenkt werden.
Funktionsintegration: Beim Metall-3D-Druck können Kühlkanäle, Auswerferstifte, Abluftschlitze und andere Funktionskomponenten kombiniert werden, wodurch die Anzahl der für eine Form benötigten Teile reduziert wird. Durch integriertes Design konnte die Anzahl der Teile in einer bestimmten Autostoßstangenform von 127 auf 38 reduziert werden, und die Zeit, die für deren Zusammenbau benötigt wird, wurde um 70 % verkürzt.
5. Materialkompatibilität: Funktioniert mit Hochleistungsmetallen und Verbundwerkstoffen
Beim traditionellen Formenbau werden hauptsächlich Formenstahl und Aluminiumlegierungen verwendet. Beim Metall-3D-Druck können jedoch einzigartige Materialien wie Titanlegierungen, Hochtemperaturlegierungen und Kupferlegierungen verwendet werden, um in sehr rauen Umgebungen zu funktionieren.
Ein bestimmter Hersteller von Turbinentriebwerken in der Luft- und Raumfahrtbranche verwendet 3D-gedruckte Spiralen aus Titanlegierungen, um das Design des Luftstromwegs zu verbessern. Dadurch erhöht sich das Verhältnis von Schubkraft zu Gewicht um 5 % und die Temperaturbeständigkeit beträgt bis zu 600 Grad.
Ein Kernenergieunternehmen verwendet 3D-gedruckte Hochtemperatur-Legierungsventile auf Nickelbasis-im Bereich der Energieausrüstung, um 100.000 leckagefreie Zyklen bei 10 MPa und 550 Grad zu erreichen. Diese Ventile halten dreimal länger als Standardgussteile.
Mikroelektronische Wärmeableitung: Ein Rechenzentrumsdienstleister verwendet 3D--gedruckte, flüssigkeitsgekühlte Module aus Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 398 W/(m · K). Dadurch ist die Wärmeableitung um 60 % effizienter als bei Aluminiummodulen.