Warum setzt die Formenindustrie zunehmend auf den Metall-3D-Druck?

1. Designfreiheit durchbricht die Grenzen der traditionellen Fertigung.
Beim traditionellen Formenbau gibt es einige Grenzen, etwa wie leicht man an die Werkzeuge herankommt und wie stabil die Klammern sind. Außerdem müssen komplizierte interne Strukturen häufig aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, was sie weniger genau macht und mehr kostet. Durch die schichtweise additive Fertigung hebt der Metall-3D-Druck die Designgrenzen vollständig auf:
Innovation konformer Kühlkanäle: Es ist schwierig, mit standardmäßigen Kühlkanälen mit geraden Löchern in Spritzgussformen eine gleichmäßige Kühlung zu erreichen, was zu Produktverformungsraten von bis zu 15 % bis 20 % führen kann.. 3D-Druck kann zu nicht geraden Flüssen führen, einschließlich Spiralen und Dendriten. Dadurch wird die Kühlung um 40 % effektiver und der Formzyklus wird um 30 bis 50 % verkürzt. Als Huawei-Telefone beispielsweise auf ein topologieoptimiertes Kanaldesign für die Rahmenform umstellten, dauerte die Herstellung einer Komponente 75 statt 120 Sekunden, und die Ausbeute stieg von 89 % auf 98 %.
Implementierung einer Leichtbaustruktur: Durch die Herstellung biomimetischer Strukturen wie Gitterstrukturen und dünnwandige Verstärkungsrippen kann die Form um 30 % bis 50 % leichter gemacht werden, ohne an Festigkeit zu verlieren. Im Vergleich zu typischen Schmiedeformen sind die speziellen Formen aus Titanlegierung für Flugzeugtriebwerke 42 % leichter und haben eine Zugfestigkeit von 2000 MPa. Dadurch werden Transport und Installation deutlich günstiger.
Funktionale integrierte Fertigung: Beim 3D-Druck können Sensoren, Heizkomponenten, Kühlsysteme und andere Module direkt zum Formkörper hinzugefügt werden, wodurch die Anzahl der für den Zusammenbau erforderlichen Schritte reduziert wird. Ein Unternehmen in Shenzhen hat eine intelligente Temperaturkontrollform erfunden, die 3D--gedruckte Mikrokanal-Heizdrähte verwendet, um die Temperatur mit einer Genauigkeit von ± 1 Grad einzustellen. Dies spart 65 % der Energie, die herkömmliche Methoden verbrauchen.
2. Rekonstruktion der gesamten Lebenszykluskosten
Der 3D-Metalldruck verändert die Arbeitsweise des Formenbaus und macht ihn effizienter und kosteneffektiver, indem Materialien methodischer eingesetzt werden.
Ein großer Fortschritt in der Materialverwendung: Die Materialverlustrate bei der traditionellen subtraktiven Fertigung beträgt bis zu 70 % bis 80 %, beim 3D-Druck entsteht jedoch nahezu kein Abfall. Die Pulverzirkulationstechnologie aus Titanlegierungen von AVIC Maite gewinnt 99,2 % des Pulvers zurück und senkt die Kosten für Einzelformmaterialien um 58 %.
Einfacherer Verarbeitungsablauf: Die herkömmliche Herstellung von Stoßstangenformen für Fahrzeuge erfordert beispielsweise 23 Schritte und 12 Maschinen, und der Prozess kann bis zu 45 Tage dauern. Beim 3D-Druck sind nur drei Schritte erforderlich, die Zykluszeit verkürzt sich auf 7 Tage und die Kosten für die Ausrüstung werden um 82 % gesenkt.
Verlängerung der Lebensdauer von Formen: Durch die Optimierung des thermischen Ausgleichsdesigns wird die thermische Ermüdungslebensdauer von 3D-gedruckten Formen um das Zwei- bis Dreifache erhöht. Nach Angaben eines bestimmten Druckgussunternehmens hat die Verwendung von Radnabenformen aus Aluminiumlegierung mit konformer Kühlung die Lebensdauer um das 80.000-fache auf das 220.000-fache verlängert und die Stückkosten um 64 % gesenkt.
3. Reaktionsgeschwindigkeit stellt die Wettbewerbsfähigkeit des Marktes wieder her.
In einer Zeit, in der Menschen personalisierte Produkte wünschen und sich Unternehmen ständig verändern, ist die Geschwindigkeit der Formenherstellung zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor geworden:
Durch den 3D-Druck kann die Zeit, die für die Herstellung eines Formprototyps benötigt wird, von Wochen auf Stunden verkürzt werden. Dies wird als Komprimierung des Entwurfsvalidierungszyklus bezeichnet. Xiaomi hat die Drucker der Muees-Serie von Liantai Technology eingesetzt, um die Entwicklung von Faltbildschirm-Scharnierformen von 6 Monaten auf 50 Tage zu beschleunigen und so eine Marktchance zu nutzen.
Die Kosten-effektivität der Kleinserie-: Wenn eine Form weniger als 5.000 Stück pro Jahr herstellt, kostet der 3D-Druck 23 % bis 35 % weniger als andere Methoden. Durch den 3D-Druck hat ein Hersteller medizinischer Geräte den Preis für anpassbare orthopädische Implantatformen von 12.000 Yuan auf 4.800 Yuan gesenkt. Dies wird dazu beitragen, dass eine maßgeschneiderte medizinische Versorgung verbreiteter wird.
Kostenfreie Entwurfsiteration: Es kostet viel, eine Form erneut zu öffnen, um Änderungen vorzunehmen, aber beim 3D-Druck müssen Sie nur das digitale Modell ändern, um das beste Design zu erhalten. Dreimal wurde die Türform des Tesla Model Y verbessert, wodurch die Ziehrate von 82 % auf 91 % erhöht wurde, ohne dass die Kosten für den Herstellungsprozess anstiegen.
4. Neue Materialien eröffnen neue Verwendungsmöglichkeiten für bestehende.
Die neue Metallpulvertechnik ermöglicht die Herstellung von Formen auf neue Weise:
Verwendung von Hochleistungsmaterialien: Das Titanlegierungspulver im PREP-Verfahren von Xi'an Sailong hat einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,013 % und eine Sphärizität von 98,5 %. Es kann zum direkten Drucken von Formen in Luftfahrtqualität verwendet werden. Nachdem dieses Material für die Treibstoffdüsenform des C919-Flugzeugs verwendet wurde, hält es nun bis zu 150 Grad Celsius höheren Temperaturen stand und hält dreimal länger als herkömmliche Methoden.
Verwendung von Farbverlaufsmaterialien: Mithilfe der Mehrschicht-Pulvermischtechnik ist es möglich, funktionale Farbverlaufsformen herzustellen. Die Schubkammerform eines bestimmten Raketentriebwerks verwendet eine Gradientenstruktur aus „Hochtemperaturlegierung auf Nickel--Basis und Kupferbasis mit hoher Leitfähigkeit-. Dies erfüllt nicht nur die hohen Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit, sondern kühlt den Motor auch effizient, wodurch er 28 % leichter ist als das gesamte Legierungsschema.
Durchbruch in der Biokompatibilität: 3D-Druck von Formen aus poröser Titanlegierung in der Medizinindustrie mit einer auf 60–80 % kontrollierten Porosität und einer Porengröße von 300–500 μm, was die Knochenzellproliferation unterstützt. Klinische Daten zeigen, dass die Knochenfusionsrate von mit dieser Technologie hergestellten Zwischenwirbelfusionsgeräten von 75 % bei herkömmlichen Methoden auf über 95 % gestiegen ist.
5. Während des Wiederaufbauprozesses des industriellen Ökosystems
Der Metall-3D-Druck verändert die Formenindustrie, indem er sie intelligenter und serviceorientierter macht:
Digital Manufacturing Network ist eine Cloud-Druckplattform von Unternehmen wie Yunyao Shenwei. Es lässt globale Designdaten und regionale Produktion problemlos zusammenarbeiten. Diese Technologie hat es einem globalen Automobilunternehmen ermöglicht, Formenbestellungen von 23 Werken auf der ganzen Welt an einem Ort abzuwickeln. Dadurch konnten die Versandkosten um 41 % gesenkt und der Lagerumschlag um das 2,7-fache gesteigert werden.
On-{0}}Produktionsmodus auf Abruf: Die Metallpulver-Sharing-Fabrik von Willari verfügt über {{1}D-Drucker, die kleine und mittelgroße-Formen in weniger als 72 Stunden herstellen können. Dieses Konzept „verteilte Fertigung + zentralisierte Versorgung“ senkt die Kosten für den Formenbestand um 68 % und beschleunigt die Reaktionszeit um das Fünffache.
Vollständiger Satz technischer Standards: Das National Additive Manufacturing Standardization Technical Committee hat 47 Industriestandards veröffentlicht, die wichtige Bereiche abdecken, z. B. wie gut Pulver funktionieren, wie präzise das Drucken ist und wie Drucke nach der Herstellung verarbeitet werden. Die EU-CE-Zertifizierungsstelle hat die von AVIC Maite geleitete „Acceptance Specification for Metal 3D Printing Molds“ als Standard zur gegenseitigen Anerkennung auf der ganzen Welt akzeptiert.