Quins són els principals avantatges d'utilitzar la impressió 3D de metall en la fabricació de motlles?

1. Trencar els límits del disseny: creant estructures complexes de forma lliure-
La lògica d'"eliminació de material" del processament subtractiu limita la fabricació tradicional de motlles. Pot ser difícil fer canals de flux intern complexos, superfícies desiguals i altres estructures, o pot requerir unir diverses peces, la qual cosa augmenta els costos i redueix la fiabilitat. L'"apilament capa per capa" característica de la impressió 3D de metall desafia completament aquesta barrera. Els seus principals beneficis són:
Disseny d'un canal d'aigua de refrigeració conforme: amb la tecnologia de fusió de llit de pols làser (LPBF), es poden produir directament geometries de canals de flux en espiral, malla o biomimètica que s'ajusten perfectament a la cavitat del motlle. Per exemple, Conflux Technology a Austràlia ha fabricat un intercanviador de calor-imprès en 3D per al sector aeroespacial amb parets de només 0,3 mm de gruix a l'interior. En comparació amb dissenys anteriors, l'eficiència d'intercanvi de calor augmenta un 40% i la caiguda de pressió es redueix un 25%.
Fabricació integrada de broquets calents: els broquets calents tradicionals s'han d'ajuntar a partir de diverses parts. La impressió 3D de metall pot fer que el cos del broquet calent, la ranura de l'element de calefacció i el canal de flux alhora. Això redueix els buits i trencaments que es produeixen quan les peces s'expandeixen i es contrauen a causa de la calor, i també fa que el procés d'injecció sigui més estable.
Motlles de patrons complicats: és difícil fer estructures complicades a micro-escala amb mètodes tradicionals, com ara blocs de motlles de pneumàtics de goma i motlles de patrons de sola de sabates. La impressió 3D metàl·lica pot fer una impressió no compatible mitjançant l'ús d'un control puntual d'alta-precisió (com el procés LPBF a microescala, que té un diàmetre de punt de només 20 μm) i valors de rugositat superficial Ra fins a 0,8 μm. Això redueix la necessitat de polir més tard.
2. Escurçament del cicle de fabricació: de setmanes a 48 hores
La fabricació de motlles tradicionals requereix més de deu passos, com ara dissenyar el motlle, mecanitzat CNC, tractament tèrmic, muntatge i resolució de problemes. Tot el procés pot trigar setmanes o fins i tot mesos. El model "disseny com a producció" d'impressió 3D de metall facilita el procés, ja que inclou el modelatge 3D, el processament de talls, el modelat d'impressió i el post-processament. Això redueix el temps que triga a lliurar el producte.
Verificació del prototipat ràpid: un determinat fabricant de peces d'automòbil ha començat a utilitzar la impressió 3D metàl·lica per reduir el temps que es necessita per fer un motlle d'injecció difícil de 15 dies a 3 dies, la qual cosa accelera el procés de fabricació de nous productes.
Producció personalitzada a petita-escala: la impressió 3D de metall es pot utilitzar per fabricar peces metàl·liques interiors per a cotxes personalitzats-de gamma alta o peces de transmissió especialitzades per a cotxes de carreres. No requereix obrir un motlle, la qual cosa redueix el cost de cada peça un 30% en comparació amb els mètodes tradicionals i facilita el canvi de disseny sovint.
Resposta de manteniment d'emergència: al sector d'equips energètics, una determinada empresa va utilitzar tecnologia d'impressió 3D metàl·lica per arreglar la voluta de la bomba d'aliatge d'alta temperatura-en menys de 48 hores, evitant que les pèrdues s'apagassin l'equip.
3. Millorar el rendiment i l'eficiència de la producció optimitzant el rendiment de refrigeració.
La qualitat de les peces modelades per injecció es veu molt afectada pel sistema de refrigeració del motlle. A causa de la seva disposició limitada, els canals de refrigeració tradicionals de forats rectes poden causar temperatures de motlle inconsistents, que poden provocar problemes com la flexió i la deformació del producte. El mètode de refrigeració conforme per a la impressió 3D de metall fa grans millores en el rendiment mitjançant tres maneres principals:
El disseny del canal de flux biomimètic assegura que l'aigua de refrigeració cobreix uniformement la cavitat del motlle, la qual cosa manté el camp de temperatura uniforme. La taxa de deformació del producte va baixar del 0,8% al 0,2% i la seva taxa de rendiment va augmentar fins al 99,5% després que un cert motlle de connector elèctric utilitzés un canal d'aigua conformat imprès en 3D.
Zhongrui Technology va fabricar un motlle de closca d'aire condicionat per a una empresa d'electrodomèstics per escurçar el cicle d'emmotllament. En millorar la disposició del canal de refrigeració, el cicle d'emmotllament per injecció va passar de 45 segons a 30 segons i la capacitat de fabricació anual d'un dispositiu va augmentar en 120.000 peces.
Menor ús d'energia: CoolestDC a Singapur va produir una placa refrigerada per líquid impresa en 3D-amb un disseny integrat sense costures que utilitza un 15% menys d'energia que les plaques refrigerades per líquid soldades típiques i no té cap possibilitat de fuites.
4. Disseny lleuger: estalvia diners en materials i enviament
El pes del motlle té un impacte directe en la quantitat d'energia utilitzada en el processament, el cost d'enviament i la seguretat durant el treball. La tecnologia d'optimització de topologia en la impressió 3D metàl·lica pot eliminar la major part del material alhora que manté l'estructura forta.
Un motlle-de fosa a pressió específica utilitza una estructura de suport de gelosia de diamant impresa en 3D-que el fa un 35% més lleuger i un 20% més-durable.
Disseny modular: els motlles grans es poden dividir en mòduls més petits i lleugers per a la impressió. Aquests mòduls es poden unir després mitjançant connexions mecàniques per reduir el risc de transportar una sola peça. Per exemple, una empresa que fabrica equips d'energia eòlica va tallar un motlle per a una fulla de 2-metres de diàmetre en 8 peces, la qual cosa va reduir els costos d'enviament en un 40%.
Integració funcional: la impressió 3D de metall pot combinar canals de refrigeració, agulles d'expulsió, ranures d'escapament i altres components funcionals, la qual cosa redueix la quantitat de peces necessàries per a un motlle. El disseny integrat ha reduït el nombre de peces d'un cert motlle de para-xocs d'un cotxe de 127 a 38, i el temps que es necessita per ajuntar-los s'ha reduït un 70%.
5. Compatibilitat de materials: funciona amb-metalls d'alt rendiment i materials compostos
La fabricació tradicional de motlles utilitza principalment acer i aliatges d'alumini, però la impressió 3D de metalls pot utilitzar materials únics com ara aliatges de titani, aliatges d'alta-temperatura i aliatges de coure per treballar en entorns molt durs.
Un cert fabricant de motors de turbina a l'àrea aeroespacial utilitza volutes d'aliatge de titani impreses en 3D per millorar el disseny de la ruta del flux d'aire. Això fa que la relació d'empenta-a-pesa sigui un 5% més alta i la resistència a la temperatura fins a 600 graus .
Una companyia d'energia nuclear utilitza vàlvules d'aliatge d'alta-temperatura d'aliatge de níquel impresos en 3D a la zona d'equips energètics per obtenir 100.000 cicles-sense fuites a 10 MPa i 550 graus . Aquestes vàlvules duren tres vegades més que les foses estàndard.
Dissipació de calor de microelectrònica: un proveïdor de serveis de centre de dades utilitza mòduls refrigerats per líquid d'aliatge de coure-impresos en 3D- amb una conductivitat tèrmica de 398 W/(m · K). Això fa que la dissipació de calor sigui un 60% més eficient que els mòduls d'alumini.