Ar metalinis 3D spausdinimas gali gaminti štampavimo formas?

1. Techninis įgyvendinamumas: šuolis nuo „koncepcijos tikrinimo“ prie „masto taikymo“.
Pagrindinis metalo 3D spausdinimo pranašumas yra tas, kad jis leidžia „nemokamą dizainą“ ir „greitą gamybą“. Naudojant tokius metodus kaip selektyvus lazerinis lydymas (SLM) ir elektronų pluošto lydymas (EBM), metalo milteliai gali būti sukrauti vienas ant kito, kad būtų sudarytos sudėtingos geometrinės konstrukcijos. Tai viršija standartinio formų apdorojimo ribas.
Gebėjimas kurti sudėtingas konstrukcijas
Norint pagaminti tradicines štampavimo formas, aušinimo vandens kanalai turi būti apdorojami tokiais metodais kaip frezavimas ir gręžimas. Tačiau gali būti sunku sukurti sudėtingas ertmes ir nelygius vandens kanalus, nes sunku pasiekti apdorojimo instrumentus. Pavyzdžiui, automobilio variklio cilindro galvutės štampavimo štampo aušinimo vandens grandinė turi būti glaudžiai susieta su formos ertmės paviršiumi, kad šiluma būtų tolygiai paskirstyta. Dėl tradicinių metodų sunku sukurti ne-tiesinę vandens grandinės išdėstymą. O metalinis 3D spausdinimas gali tiesiogiai sukurti netaisyklingus vandens kelius, tokius kaip spiralės ir biomimetinės medžių šakos. Dėl to aušinimas yra daugiau nei 30% efektyvesnis ir pagreitėja formavimo procesas. Gerai-žinoma automobilių įmonė naudoja 3D spausdinimą variklio cilindrų galvučių štampavimo formoms gaminti. Tai sutrumpina jų pagaminimo laiką nuo dviejų mėnesių iki dviejų savaičių, o formelės tarnaus daugiau nei 100 000 kartų ilgiau.
Didelis žingsnis į priekį medžiagų veikimo srityje
Metalo 3D spausdinimas dabar gali nuosekliai formuoti didelio stiprumo metalus. Pavyzdžiui, H13 įrankių plienas po 3D spausdinimo ir terminio apdorojimo gali pasiekti HRC 50-55 kietumą ir 22J atsparumą smūgiams. Tai atitinka liejimo formų- poreikius, kad jie būtų atsparūs dilimui ir įtrūkimams. „Huashu High Tech“ FS273M serijos įrangą „Broadcom Precision“ naudoja liejimo formų įdėklams spausdinti. Šie įdėklai yra stabilaus dydžio net po 50 000 štampavimo ciklų, o išeiga yra 100%. Be to, naudojant didelio našumo medžiagas, tokias kaip titano lydiniai ir nikelio lydiniai, 3D spausdintos formos yra pakankamai tvirtos, kad atlaikytų tokias atšiaurias sąlygas kaip aukšta temperatūra ir aukštas slėgis.
Procesų integravimo naujovės
Siekdama rasti pusiausvyrą tarp sąnaudų ir efektyvumo, pramonė pažvelgė į hibridinės gamybos metodą, kuris sujungia „3D spausdinimą ir tradicinį apdorojimą“. Bendrojo mechanikos mokslų tyrimų instituto Haixi filialas sugalvojo karštojo štampavimo formų gamybos būdą. Pirmiausia jie išfrezavo formos pagrindą ir tiesius vamzdžius. Tada jie naudojo 3D spausdinimą, kad netaisyklingus aušinimo vamzdžius sukrautų vienas ant kito. Galiausiai jie įsitikino, kad pelėsio ertmė yra tiksli, ją išpjaudami ir poliruodami. Ši procedūra sumažina metalo miltelių kiekį 60%, apdorojimo laiką - 40%, o aušinimo vamzdynas ir formos ertmė puikiai tinka.
2. Veikimo patikrinimas: trys kietumo, ilgaamžiškumo ir tikslumo testai
Štampavimo formos turi atlaikyti dešimtis tūkstančių ar net milijonus didelio{0}}slėgio smūgių, o jų kietumas, atsparumas dilimui ir matmenų stabilumas lemia gaminių, pagamintų naudojant jomis, kokybę. Norint sužinoti, ar metalinės 3D spausdinimo formos veikia taip, kaip turėtų, reikia pažvelgti į realius gamybos duomenis.
Kietumas ir atsparumas dilimui
Laboratorijoje atlikti bandymai parodė, kad 3D spausdintos H13 plieno formos (HRC 52) yra tokios pat kietos kaip ir tradicinės kalimo formos (HRC 50-53). Tačiau mikrostruktūra yra nuoseklesnė, o tai sumažina įtrūkimų atsiradimo tikimybę. Kai automobilių sėdynių rėmams gaminti naudojamos štampavimo formos, 3D spausdintos formos susidėvi 40% greičiau nei tradicinės, o priežiūros ciklas trunka 3 mėnesius.
nuovargio gyvenimas
Didelio ciklo nuovargio bandymai rodo, kad 3D spausdintų formų nuovargio riba yra panaši į tradicinių procedūrų ribą. Tačiau svarbu stebėti spausdinimo klaidas. Pavyzdžiui, ne iki galo suliejus poras miltelių sluoksnio lydymo technologijoje, gali susidaryti įtampa ir sutrumpėti medžiagos tarnavimo laikas. Tyrimo grupė pagerino 3D spausdintų Ti6Al4V formų nuovargio tarnavimo laiką iki 10 ^ 7 ciklų, atitinkančių aviacijos kokybės kriterijus, optimizuodama nuskaitymo taktiką (toks šaškių lentos nuskaitymas) ir tarpsluoksnių sujungimo stiprumą.
matmenų teisingumas
Metalo 3D spausdinimo tikslumas gali siekti ± 0,05 mm, o po-apdorojimo metodai, tokie kaip karštasis izostatinis presavimas ir CNC apdirbimas, gali atsikratyti likusių įtempių ir iškraipymų. 3D spausdinimo technologija leidžia pagaminti elektroninių prietaisų korpusų štampavimo formas, kurios yra tikslios 0,3 mm paviršiaus šiurkštumo tekstūrų kopijos.<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Kada jį naudoti: pereiti nuo „mažos partijos bandomosios gamybos“ prie „didelės apimties{1}}gamybos“
Metalo 3D spausdinimo sąnaudų struktūra skiriasi nuo tradicinių metodų. Įrangos ir medžiagų kainos didesnės, tačiau formų projektavimo, bandomosios gamybos, modifikavimo žingsnių nebereikia. Didėjant gamybos partijos dydžiui, mažėja bendros išlaidos. Šiuo metu jis gali būti naudojamas trimis pagrindinėmis situacijomis:
Forma sudėtingoms konstrukcijoms
3D spausdinimas gali labai pagreitinti formų, turinčių subtilią tekstūrą, gilias tuštumas arba netiesius vandens kelius, kūrimo ciklą. Pavyzdžiui, viena įmonė naudoja 3D spausdinimą, kad gamina formas batų padams štampuoti. Tai sutrumpina laiką, kurio reikia dizainui sukurti, nuo 6 savaičių iki 10 dienų, taip pat leidžia kurti pagal užsakymą pritaikytus dizainus, kurie atitiktų mažų partijų ir įvairių stilių poreikius.
Formos su daug pridėtinės vertės
Tokiose srityse kaip aviacija ir sveikatos priežiūra, formų tikslumas ir našumo poreikiai yra daug svarbesni nei jų kaina. 3D spausdinimas sėkmingai naudojamas gaminant aukščiausios klasės{1}}produktų, pvz., orlaivių variklių turbinų diskų ir dirbtinių sąnarių protezų, formas. Jo lengvas dizainas (kuris sumažina svorį nuo 20% iki 30%) ir integruota konstrukcija (kuri sumažina surinkimo klaidų skaičių) yra pagrindiniai jo pranašumai.
Formų tvirtinimas ir perdarymas
3D spausdinimui naudojama lazerinio apvalkalo nusodinimo (LC) technologija gali greitai sutvarkyti susidėvėjusias formas. Pavyzdžiui, viena automobilių įmonė naudojo LC technologiją, kad pritvirtintų štampavimo formos ertmės paviršių. Tai sumažino remonto laiką nuo 7 iki 2 dienų, 50 % sumažino išlaidas ir grąžino formą į pradinį tikslumą.