Per què la indústria del motlle s'ha convertit en una direcció d'aplicació clau per a la impressió 3D de metall?

一, Adaptabilitat tècnica: com funcionen junts la impressió 3D de metall i la fabricació de motlles
1. Pots donar forma lliure a construccions complexes, que van més enllà dels límits de l'artesania tradicional.
El principal problema de la fabricació de motlles és fer circuits d'aigua de refrigeració complicats, construccions lleugeres i integració funcional. La lògica d'"eliminació de material" del processament subtractiu limita els mètodes tradicionals, cosa que dificulta la creació d'estructures complicades com les costelles de reforç interns i els canals de refrigeració conformats. Per exemple, el circuit d'aigua de refrigeració en motlles d'injecció típics utilitza sovint un disseny de perforació o partició, que no s'adapta a la forma de la cavitat del motlle. Això fa que el refredament sigui desigual i el producte es deformi massa ràpidament. La impressió 3D metàl·lica pot crear directament espirals, malles o formes de canal de flux biomimètic que s'adhereixen estretament a la cavitat del motlle apilant materials capa per capa.
Utilitzant el motlle de seient d'inspecció de potència de la indústria de Taiwan Zongwei com a exemple, la simulació Moldex3D va ajudar a millorar el disseny irregular de la via fluvial. El motlle metàl·lic d'impressió 3D va reduir la diferència de temperatura entre els motlles masculins i femenins de 47 graus a gairebé uniforme, va reduir la taxa de deformació de la deformació en un 49% i va reduir el cicle de modelat en un 25%. Aquest cas mostra que la capacitat de la impressió 3D de metall per fer estructures complicades pot millorar molt el rendiment dels motlles.
2. Tecnologia de refrigeració aleatòria: una doble revolució en qualitat i eficiència
La qualitat dels articles modelats per injecció depèn molt del sistema de refrigeració del motlle. A causa de la seva disposició limitada, els canals d'aigua de forats rectes tradicionals poden provocar una temperatura desigual del motlle, cosa que pot provocar problemes com la deformació i la reducció del producte. En ajustar el flux d'aigua de manera que l'aigua de refrigeració cobreixi igualment la cavitat del motlle, el mètode de refrigeració conforme per a la impressió 3D de metall fa els següents avenços:
Millora de l'eficiència: després de canviar a una via fluvial conforme per a un cert motlle de para-xocs de vehicles, 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.
Millora de la qualitat: la taxa de deformació d'un cert motlle de connector elèctric ha baixat del 0,8% al 0,2% i la taxa de rendiment ha pujat al 99,5%.
Vida útil més llarga: Siegfried Hofmann a Alemanya va produir un motlle d'escuma d'alumini imprès en 3D-que és millor per deixar passar el vapor i tenir una bona estructura de ventilació. Això fa que el cicle de calefacció i refrigeració s'acceleri un 30% i el motlle duri un 40% més.
3. Integració lleugera i funcional: reducció global de despeses
En optimitzar la forma del motlle, la impressió 3D metàl·lica pot desfer-se dels materials addicionals i fer que l'estructura sigui més forta mentre es redueix el pes entre un 30% i un 50%. Per exemple, una empresa que fabrica equips d'energia eòlica va tallar un motlle de fulles de 2-metres de diàmetre en 8 peces lleugeres per imprimir-les. Això va reduir les despeses de transport en un 40% i el temps que va trigar a reparar un únic mòdul de 2 hores a 30 minuts. A més, la impressió 3D pot combinar elements funcionals com els canals de refrigeració, els pins d'expulsió i les ranures d'escapament en una sola peça. Això redueix la quantitat de peces de motlle i els errors durant el muntatge. El nombre de peces d'un cert motlle interior d'automòbil s'ha reduït de 127 a 38 gràcies al disseny integrat. També s'ha reduït un 70% el temps necessari per muntar-lo.
2, Cost-efectivitat: passar d'"experiments d'alt-cost" a "aplicacions a gran-escala"
1. Millor ús dels materials, que redueix els costos directes
En la fabricació de motlles tradicionals s'utilitzen mètodes subtractius, que poden malgastar fins a un 30% a un 50% del material. La impressió 3D de metall és un procés de fabricació additiva que utilitza al voltant del 95% del material, i la pols sobrant es pot reutilitzar. Per exemple, el cost del material per a un cert motlle de pala de turbina de motor d'avions va baixar un 60% després de la impressió 3D, i més endavant no hi havia necessitat de tècniques cares com el mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM).
2. Escurçar el cicle productiu: Aprofitar les possibilitats del mercat
En la fabricació tradicional, el temps considerable que es necessita per fer motlles és un problema. Per exemple, la fabricació de motlles per a peces d'automòbil requereix més de deu passos, com ara disseny, mecanitzat CNC, tractament tèrmic, muntatge i resolució de problemes. Tot el procés pot durar diversos mesos. I la impressió 3D metàl·lica accelera el procés fins a setmanes o fins i tot dies mitjançant un mètode de "processament posterior a la impressió del disseny" per fer coses alhora.
Producció ràpida de prova: una empresa que fabrica electrodomèstics ha utilitzat la impressió 3D per reduir el temps que es necessita per fer motlles de closca d'aire condicionat de 15 dies a 72 hores.
Personalització en lots petits: l'empresa finlandesa Toivan Metalli fabrica motlles de tubs doblegats amb la impressora Markforged X7. Això redueix el cost per unitat de 4000 euros a 300-400 euros i accelera el lliurament de 6 setmanes a 1 setmana. L'empresa ha acceptat amb èxit comandes per lots petits i ha trobat noves maneres de guanyar diners.
3. Assignació de costos-llarg termini: fer que el motlle duri més temps i sigui més fàcil de cuidar
El cost inicial de fer motlles impresos en 3D és una mica més que el dels mètodes tradicionals. Tanmateix, el seu disseny de refrigeració conforme i el seu baix pes poden augmentar considerablement la vida útil dels motlles. Per exemple, un cert motlle-de fosa a pressió va reduir un 50% les esquerdes de fatiga tèrmica després que la impressió 3D millorés l'equilibri tèrmic. També va triplicar la seva vida útil i va reduir el cost del motlle per a cada element-de fosa a pressió en un 40%. L'arquitectura modular dels motlles d'impressió 3D també facilita la substitució de peces trencades, la qual cosa redueix el temps d'inactivitat i les despeses de manteniment.
3. La demanda industrial: el "motor essencial" per a la transformació i actualització de la indústria manufacturera
1. El creixement de mètodes de producció diversos i a petita-escala
A mesura que creix la demanda individualitzada al mercat de consum, la fabricació de motlles està canviant de "producció estandarditzada a gran-escala" a "producció personalitzada a petit-escala". La impressió 3D de metall és ideal per fer lots petits perquè no necessita obrir un motlle. Per exemple, una empresa que fabrica dispositius mèdics utilitza la impressió 3D per fer motlles per a implants ortopèdics i fa ràpidament models únics a partir de dades de TC per adaptar-se a les demandes específiques de cada pacient. Això redueix els costos del motlle en un 70%.
2. L'objectiu final del rendiment en l'-camp de la fabricació de gamma alta
El rendiment del motlle ha de ser millor en àrees-de gamma alta com ara els vehicles aeroespacials i de nova energia. Per exemple:
Aeroespacial: el C919, un gran avió fabricat a la Xina, utilitza tecnologia d'impressió 3D per fabricar el seu broquet de combustible, que redueix el pes un 25% i augmenta l'economia de combustible en un 15%.
Vehicles d'energia nova: la impressió en 3D d'un motlle de bateria millora el canal de refrigeració, cosa que fa que la temperatura de la bateria sigui més uniforme en un 20% i allarga la seva vida útil un 30%.
3. Demanda de producció localitzada durant la reconfiguració de la cadena global de subministrament
Les tensions comercials i les crisis geopolítiques han fet que la cadena de subministrament mundial sigui encara més inestable. Per protegir-se, les empreses han de traslladar ràpidament la producció a les zones locals. La impressió 3D de metall és una tecnologia important per reorganitzar la cadena de subministrament, ja que pot "fabricar distribuïda". Per exemple, un fabricant europeu de vehicles va poder obtenir motlles lliurats en "48 hores" mitjançant l'ús d'equips d'impressió 3D al seu propi país en lloc de confiar en venedors d'altres països.