Quais são as principais vantagens do uso da impressão 3D de metal na fabricação de moldes?

1. Rompendo os limites do projeto: criando estruturas complexas de forma-livre
A lógica de “remoção de material” do processamento subtrativo limita a fabricação tradicional de moldes. Pode ser difícil criar canais de fluxo interno complexos, superfícies irregulares e outras estruturas, ou pode ser necessário juntar várias peças, o que aumenta os custos e diminui a confiabilidade. A característica de “empilhamento camada por camada” da impressão 3D de metal desafia totalmente essa barreira. Seus principais benefícios são:
Projeto de um canal de água de resfriamento conformado: Com a tecnologia de fusão de leito de pó a laser (LPBF), geometrias de canal de fluxo em espiral, malha ou biomimético que se ajustam firmemente à cavidade do molde podem ser produzidas diretamente. Por exemplo, a Conflux Technology, na Austrália, criou um trocador de calor-impresso em 3D para o setor aeroespacial com paredes internas de apenas 0,3 mm de espessura. Em comparação com os designs anteriores, a eficiência da troca de calor aumenta 40% e a queda de pressão diminui 25%.
Fabricação integrada de bicos quentes: Os bicos quentes tradicionais precisam ser montados a partir de várias peças. A impressão 3D de metal pode fazer o corpo do bico quente, a ranhura do elemento de aquecimento e o canal de fluxo de uma só vez. Isto reduz as lacunas e quebras que ocorrem quando as peças se expandem e contraem devido ao calor, e também torna o processo de injeção mais estável.
Moldes de padrões complicados: é difícil criar estruturas complicadas em micro{0}}escala com métodos tradicionais, como blocos de padrões de moldes de pneus de borracha e moldes de padrões de solas de sapatos. A impressão 3D de metal pode fazer impressão não suportada usando controle de ponto de alta{3}}precisão (como o processo LPBF em microescala, que tem um diâmetro de ponto de apenas 20 μm) e valores Ra de rugosidade superficial tão baixos quanto 0,8 μm. Isso reduz a necessidade de polimento posterior.
2. Encurtamento do ciclo de fabricação: de semanas para 48 horas
A fabricação de moldes tradicionais leva mais de dez etapas, como projeto do molde, usinagem CNC, tratamento térmico, montagem e solução de problemas. Todo o processo pode levar semanas ou até meses. O modelo de "projeto como produção" de impressão 3D de metal facilita o processo, incluindo modelagem 3D, processamento de fatiamento, moldagem de impressão e pós{4}}processamento. Isso reduz o tempo de entrega do produto.
Verificação de prototipagem rápida: Um certo fabricante de peças automotivas começou a usar impressão 3D de metal para reduzir o tempo necessário para fazer um molde de injeção difícil de 15 para 3 dias, o que acelera o processo de fabricação de novos produtos.
Produção personalizada em pequena-escala: a impressão 3D de metal pode ser usada para fabricar peças metálicas internas para carros personalizados-de alta qualidade ou peças de transmissão especializadas para carros de corrida. Não requer abertura de molde, o que reduz em 30% o custo de cada peça em relação aos métodos tradicionais e facilita a troca frequente de design.
Resposta de manutenção emergencial: no setor de equipamentos de energia, uma determinada empresa utilizou tecnologia de impressão 3D de metal para consertar a voluta da bomba de liga de alta-temperatura em menos de 48 horas, evitando perdas devido ao desligamento do equipamento.
3. Melhore o rendimento e a eficiência da produção otimizando o desempenho de resfriamento.
A qualidade das peças moldadas por injeção é muito afetada pelo sistema de resfriamento do molde. Devido ao seu arranjo limitado, os canais de resfriamento tradicionais de furo reto podem causar temperaturas de molde inconsistentes, o que pode levar a problemas, incluindo flexão e deformação do produto. O método de resfriamento conformal para impressão 3D de metal traz grandes melhorias no desempenho de três maneiras principais:
O design do canal de fluxo biomimético garante que a água de resfriamento cubra uniformemente a cavidade do molde, o que mantém o campo de temperatura uniforme. A taxa de empenamento do produto caiu de 0,8% para 0,2% e sua taxa de rendimento subiu para 99,5% depois que um determinado molde de conector elétrico usou um canal de água conformado impresso em 3D.
A Zhongrui Technology fez um molde de ar condicionado para uma empresa de eletrodomésticos para encurtar o ciclo de moldagem. Ao melhorar a disposição do canal de resfriamento, o ciclo de moldagem por injeção passou de 45 segundos para 30 segundos, e a capacidade anual de fabricação de um dispositivo aumentou em 120.000 peças.
Menor uso de energia: a CoolestDC em Cingapura produziu uma placa refrigerada a líquido-impressa em 3D com um design integrado e contínuo que usa 15% menos energia do que placas soldadas típicas de resfriamento líquido e não tem chance de vazamento.
4. Design leve: economiza dinheiro em materiais e frete
O peso do molde tem impacto direto na quantidade de energia utilizada no processamento, no custo de envio e na segurança durante o trabalho. A tecnologia de otimização de topologia na impressão 3D de metal pode remover a maior parte do material e, ao mesmo tempo, manter a estrutura forte.
Um molde de fundição-específico usa uma estrutura de suporte de treliça de diamante-impressa em 3D que o torna 35% mais leve e 20% mais-durável.
Design modular: moldes grandes podem ser divididos em módulos menores e mais leves para impressão. Esses módulos podem então ser montados por meio de conexões mecânicas para diminuir o risco de transporte de uma única peça. Por exemplo, uma empresa que fabrica equipamentos de energia eólica cortou um molde para uma lâmina de 2{3}}metros de diâmetro em 8 peças, o que reduziu os custos de envio em 40%.
Integração funcional: A impressão 3D de metal pode combinar canais de resfriamento, pinos ejetores, slots de exaustão e outros componentes funcionais, o que reduz a quantidade de peças necessárias para um molde. O design integrado reduziu o número de peças em um determinado molde de pára-choque de carro de 127 para 38, e o tempo necessário para montá-las foi reduzido em 70%.
5. Compatibilidade de materiais: funciona com metais-de alto desempenho e materiais compósitos
A fabricação de moldes tradicional usa principalmente aço para moldes e ligas de alumínio, mas a impressão 3D de metal pode usar materiais exclusivos, como ligas de titânio, ligas de alta-temperatura e ligas de cobre para trabalhar em ambientes muito agressivos.
Um certo fabricante de motores de turbina na área aeroespacial emprega volutas de liga de titânio impressas em 3D para melhorar o projeto da rota do fluxo de ar. Isso faz com que a relação impulso-/{3}}peso seja 5% maior e a resistência à temperatura em até 600 graus.
Uma empresa de energia nuclear usa válvulas de liga de alta-temperatura à base de níquel impressas em 3D na área de equipamentos de energia para obter 100.000 ciclos-sem vazamentos a 10 MPa e 550 graus . Essas válvulas duram três vezes mais do que as peças fundidas padrão.
Dissipação de calor microeletrônico: um provedor de serviços de data center emprega módulos resfriados a líquido-impressos em liga de cobre-impressos em 3D com condutividade térmica de 398 W/(m · K). Isto torna a dissipação de calor 60% mais eficiente do que os módulos de alumínio.