Como combinar impressão 3D de metal e moldagem por injeção de molde?

一, A ideia principal da integração tecnológica é passar da “substituição” à “complementaridade”.
A impressão 3D de metal e a moldagem por injeção não são apenas duas tecnologias que funcionam juntas; eles são uma mistura de “fabricação aditiva” e “processamento subtrativo” que trabalham juntos para melhorar a eficiência e a funcionalidade. As três coisas a seguir mostram sua lógica principal:
Um grande passo em frente na liberdade de design
Os moldes de injeção convencionais são restritos aos métodos de processamento, e projetos complexos, como canais conformados de água de resfriamento e nervuras de reforço internas, exigem processos distintos de produção e montagem, levando a preços elevados e ciclos estendidos. A técnica LPBF pode imprimir diretamente estruturas complicadas integradas, derretendo o pó metálico, uma camada de cada vez. Por exemplo, a tecnologia laser criou o processo de aço respirável de terceira{2}}geração, que pode produzir estruturas respiráveis ​​multi{3}direcionais com uma abertura de 0,04 mm em moldes. Isso resolve o problema de as inserções de aço respiráveis ​​típicas não serem muito boas na saída de ar.
Encontrando o equilíbrio certo entre custo e eficiência
Custa muito comprar o equipamento para impressão 3D de metal, mas pode ajudar a reduzir o desperdício de material (com uma taxa de utilização de material superior a 90%). As empresas podem utilizar a impressão 3D para fabricar os principais elementos funcionais dos moldes (como inserções de resfriamento conformais) e o processamento tradicional para fabricar estruturas periféricas. Isso reduz muito os custos. Por exemplo, a B&J Speciality usa o ProX DMP 300 da 3D Systems para imprimir inserções de moldes para tubulações automotivas. Isto reduz o tempo do ciclo de resfriamento de 1 minuto para 40 segundos, aumenta a eficiência da produção em 30% e prolonga a vida útil do molde em 25%.
Mudanças rápidas e fazer coisas sob encomenda
A impressão 3D de metal pode criar rapidamente protótipos de moldes para testes e verificação durante a fase de desenvolvimento do produto. Isso reduz o custo de fazer alterações no design repetidas vezes. Por exemplo, uma empresa que fabrica eletrodomésticos usa a tecnologia LPBF para fabricar blocos padrão de moldes de injeção para carcaças de ar condicionado. Isso reduz o ciclo tradicional de 12 processos e 45 dias para 12 dias e reduz os erros de montagem de 0,1 mm para 0,02 mm, o que prolonga a vida útil do molde em 200.000 vezes.
2, Casos de uso comuns: desde a melhoria da funcionalidade até a atualização da indústria
1. Um sistema de resfriamento flexível é a melhor maneira de resolver problemas com moldagem por injeção.
Na maioria das vezes, o circuito de água de resfriamento em moldes de injeção típicos é reto, o que dificulta a adaptação à superfície do produto. Isso causa resfriamento irregular e deformação do produto. A tecnologia LPBF pode criar um canal conformado que se ajusta perfeitamente ao formato do objeto, o que o resfria uniformemente. Por exemplo:
Molde para tubulação automotiva: Usando o software Cimatron, a B&J Specialty construiu um circuito conformado de água de resfriamento que baixou a temperatura do molde de 132 para 18 graus Celsius, reduziu a taxa de encolhimento do produto em 67% e aumentou o rendimento para 98%.
Uma empresa de odontologia fabrica moldes invisíveis para aparelhos ortodônticos usando a tecnologia μ - LPBF, que tem uma precisão de impressão de 2–5 μ m. O projeto de otimização da topologia melhora a homogeneidade da distribuição da força ortodôntica em 40% e aumenta a taxa de adaptação do paciente de 85% para 98%.
2. Para resolver o problema de gás aprisionado, a estrutura respirável e o corpo do molde devem se encaixar perfeitamente.
Se o gás dentro da cavidade do molde não for liberado com rapidez suficiente durante o processo de moldagem por injeção, poderá causar problemas, incluindo bolhas de produto e má fusão. O método clássico exige a colocação de aço respirável no molde, porém não funciona tão bem quando a estrutura é complicada. A tecnologia LPBF pode imprimir camadas porosas e respiráveis ​​diretamente no corpo do molde. Por exemplo:
Molde de conformação-assistida a gás: uma empresa específica emprega LPBF para imprimir núcleos de molde, cria uma camada porosa na parte inferior da placa de nervura e incorpora uma haste de ventilação com uma camada superior porosa. O gás empurra para baixo a placa de reforço e a parte superior da haste de ventilação durante a moldagem por injeção. Isso empurra o produto em direção à superfície da cavidade, o que elimina o estresse interno e evita linhas de contração na superfície.
Moldes eletrônicos com alta precisão: Um fabricante de moldes de produtos 3C fabrica moldes para molduras de telefones celulares usando LPBF. Os moldes possuem estrutura respirável com abertura de 0,04 mm na área de exaustão, o que reduz a pressão de injeção em 30% e prolonga a vida útil do molde em 40%.
3. Integração leve e funcional: de "componentes estruturais" a "módulos inteligentes" A tecnologia LPBF suporta design leve, como preenchimento de treliça e estrutura de treliça, e pode integrar módulos funcionais, como sensores e elementos de aquecimento. 3. Integração leve e funcional: de "componentes estruturais" a "módulos inteligentes" Como exemplo:
Uma determinada empresa emprega um suporte de liga de alumínio fabricado pela LPBF para sua nova bateria de veículos de energia. O suporte é 38% mais leve devido à sua estrutura em treliça e passa no teste de sobrecarga de 150%, o que aumenta o alcance em 8%.
Sistema de molde inteligente: uma empresa médica coloca sensores de temperatura dentro de moldes-impressos em LPBF para monitorar a temperatura do circuito de água de resfriamento em tempo real. Os algoritmos de IA alteram os parâmetros de injeção dinamicamente para tornar o produto 50% mais consistente.
3, Problemas tecnológicos e tendências para o futuro: do "avanço de ponto único" à "reestruturação ecológica"
1. Problemas atuais: materiais, precisão e pós{1}}processamento
Alguns pós metálicos, incluindo ligas de cobre com forte condutividade térmica, ainda precisam ser otimizados para impressão, para que a densidade e o custo sejam equilibrados.
Qualidade e precisão da superfície: Os moldes impressos em LPBF precisam de usinagem CNC de precisão ou shot peening para atender à rugosidade da superfície (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Integração de diversos materiais: O LPBF agora suporta apenas a impressão de um material por vez. No entanto, os moldes normalmente precisam de construções compostas feitas de materiais diferentes, como aço de alta-dureza e cobre de alta-condutividade{3}}térmica.
2. Tendências Futuras: Fusão de Tecnologias e Reestruturação do Meio Ambiente
Ferramentas híbridas para fazer coisas: a tecnologia AXIOM combina bicos de impressão 3D e fresas CNC para fornecer processamento integrado "aditivo subtrativo". Isso reduz o tamanho e o custo do equipamento necessário para realizar o trabalho.
Otimização inteligente de processos: o LPBF pode antecipar tensões residuais e deformações em tempo real, combinando modelos de acoplamento termomecânico com métodos de aprendizado de máquina. Por exemplo, o modelo de elementos finitos da Autodesk mantém o diferencial no desempenho de tração radial e circunferencial das pás de turbina de liga de titânio dentro de 5% e faz com que durem 30% mais.
Fabricação Verde e Economia Circular: A LPBF recicla mais de 85% de seu pó e não libera nenhum fluido de corte, portanto atende às regulamentações de fabricação verde, incluindo a “tarifa de carbono” da UE. Uma empresa reduziu o custo de um único conjunto de materiais de molde em 20%, reciclando o pó que ainda não havia derretido e peneirando-o.