Como a impressão 3D de metal pode ser usada para reparo de moldes?

1. Avanço tecnológico: passando da “reparação parcial” à “gestão completa do ciclo de vida”
A impressão 3D de metal para reparo de moldes ultrapassou os limites dos métodos subtrativos tradicionais. Agora oferece uma solução completa que inclui “detecção de danos, design inteligente, reparo preciso e atualização de desempenho”.
Encontrando o dano e modelando-o de trás para frente
Usando tecnologias de tomografia computadorizada industrial ou de medição 3D a laser, você pode obter imediatamente dados 3D da área danificada do molde. Algoritmos de IA podem então ser usados ​​para observar características importantes, como a direção da trinca e a profundidade do desgaste. Em um projeto para consertar a pá de um motor de aeronave, por exemplo, um detector ultrassônico foi usado para encontrar falhas dentro da pá, e um software de engenharia reversa foi utilizado para construir um modelo de dano que mostrava os limites exatos do reparo para impressão 3D.
Adaptando materiais e melhorando o desempenho
A impressão 3D pode produzir materiais de camada de reparo com design gradiente para diversos substratos de molde, como aço H13, aço martensítico envelhecido e ligas de cobre. Por exemplo, ao fixar cones de desvio em moldes-de fundição sob pressão, pó de liga à base de-níquel é usado para imprimir a camada de trabalho. Esta camada tem uma resistência ao impacto de 22J e uma dureza de 48–50HRC após tratamento térmico. A camada de reparo também faz uma ligação metalúrgica com o substrato, alterando a potência do laser e a velocidade de digitalização. Isso faz com que o gradiente de dureza mude naturalmente, o que evita fissuras subsequentes devido à concentração de tensão.
Reparando estruturas conformadas como um todo
A impressão 3D de um circuito de água de resfriamento conformado pode resolver o complicado problema de bloqueio do canal de fluxo, que é difícil de resolver com métodos regulares de reparo. A tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM) foi usada para imprimir canais de resfriamento em espiral em um molde de pára-choque de carro que precisava ser consertado. Isso tornou a temperatura do molde mais uniforme em 40%, reduziu o tempo de resfriamento em 30% e duplicou a vida útil do molde reparado em comparação com o molde original.
2. Inovação de Processo: Mudança de “Reparo Único” para “Atualização Funcional”
A tecnologia de impressão 3D de metal pode não apenas trazer os moldes de volta às suas formas originais, mas também fazê-los funcionar melhor, alterando sua estrutura. Isso transforma os moldes de “consumíveis” em “ativos inteligentes”.
Projetando topologia leve e otimizada
O software de simulação é usado para otimizar a topologia das placas de reforço do molde, eliminando materiais desnecessários e mantendo a resistência da estrutura. Uma estrutura de treliça hexagonal foi usada em vez de placas de nervuras sólidas para reparar um molde de carcaça de um determinado eletrodoméstico. Isto reduziu o peso em 60%, mantendo a rigidez, reduziu a transferência de calor da placa divisora ​​para o molde e reduziu o uso de energia do sistema de câmara quente em 15%.
Integração de muitas camadas respiráveis ​​porosas
Adicione uma camada porosa e respirável na parte inferior do núcleo do molde e use uma haste de ventilação para fazer a moldagem-assistida por gás. Isso eliminará as linhas de encolhimento da superfície dos objetos moldados por injeção. Uma estrutura respirável com 30% de porosidade foi adicionada ao núcleo do molde de um molde de telefone celular usando impressão 3D. Isto tornou a superfície do produto mais lisa em 2 níveis e aumentou a eficiência da produção em 25%.
Mudando a superfície dos metamateriais
Usar as habilidades de empilhamento-por{1}}camada da impressão 3D para criar revestimentos micro{3}}nano estruturados nas superfícies dos moldes. Por exemplo, a impressão de estruturas que se parecem com folhas de lótus na superfície dos orifícios do molde de plástico torna 40% mais fácil a remoção do molde, e o uso da tecnologia de revestimento a laser para aplicar revestimentos de carboneto de tungstênio torna a superfície três vezes mais resistente ao desgaste do que os métodos típicos de cromagem.
3. Prática da Indústria: Da “Validação de Caso” à “Aplicação em Escala”
A indústria global de manufatura está adotando rapidamente a tecnologia de impressão 3D de metal para reparo de moldes e soluções de conformação que funcionam em muitas áreas, incluindo aeroespacial, automotiva, eletrônica e muito mais.
a área aeroespacial
A Boeing utiliza fusão seletiva por feixe de elétrons (EBDM) para fixar pás de turbinas em aviões. Quando o pó da liga de titânio é derretido com um feixe de elétrons no vácuo, ele pode ser reparado com uma precisão de 0,01 mm. O período de reparo é reduzido de 6 semanas para 72 horas, e a resistência de união entre a camada de reparo e o substrato é 98% daquela do material de base.
A Volkswagen emprega a tecnologia laser near net shape (LENS) para consertar moldes-de fundição sob pressão na indústria de produção automotiva. Usando alimentação síncrona de pó e revestimento a laser, um revestimento de aço martensítico envelhecido com 2 mm de espessura é feito na superfície do molde. Este revestimento tem resistência de 52HRC e pode suportar 100.000 ciclos de injeção sem rachar. O custo dos reparos é 40% menor do que com a tecnologia típica de pulverização a arco.
No mundo da produção de eletrônicos, a TSMC usou a tecnologia Nano Particle Spray Metal Forming (NPJ) para fixar moldes de embalagem de semicondutores. O reparo de canais em microescala é possível pulverizando um líquido com nanopartículas de cobre e sinterização-a baixa temperatura. O molde restaurado pode aumentar o rendimento do empacotamento de cavacos de 92% para 99,5% e reduzir o tempo de inatividade da máquina causado por vazamentos de refrigerante.