Qual é o princípio básico da impressão 3D de metal na fabricação de moldes?

1. Princípio técnico: Alterando os modelos digitais em objetos de metal
A principal idéia por trás da impressão 3D de metal é "derretimento e empilhamento em camadas acionados digitalmente". Os principais processos do processo incluem processamento de modelos, espalhamento em pó, fusão de energia e ligação entre camadas. Por exemplo, a popular tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM):
Reduzindo modelos 3D e caminhos de design
Depois de usar o software CAD para criar um modelo 3D do molde, ele precisa ser transferido para o software de corte para o processamento de camadas para fazer dados de 2D cruzados -} com 20 a 50 microns de espessura. O algoritmo de planejamento de rota usa o perfil cruzado de - para fazer caminhos de varredura a laser e ajusta a taxa de sobreposição do pool de fusão para evitar o acúmulo de tensão entre as camadas. Por exemplo, enquanto fabrica moldes de injeção com canais de resfriamento conforme, o algoritmo gerencia cuidadosamente a ordem em que o canal em espiral é digitalizado para garantir que o refrigerante flua sem problemas.
Derretimento do leito de pó e acúmulo de camadas
O dispositivo coloca um revestimento de metal em pó (como liga de titânio, liga de alumínio ou aço mofo) dentro da câmara de moldagem. O feixe de laser derrete o pó ao longo de um caminho definido para fazer uma poça de metal fundido. Depois que a piscina de fusão esfria e solidifica rapidamente, a plataforma de formação é reduzida por uma espessura de uma camada. O ciclo de distribuição de pó, derreter e solidificar é continuado até que um molde de metal com uma densidade de 99,9% seja feito. Este método não precisa de moldes ou acessórios e pode fazer estruturas de cavidade internas complicadas diretamente, como matistas de fundição de matrizes -}- fundindo com costelas de reforço do favo de mel.
Controle colaborativo no reino de multi - física
Durante o processo de impressão, características, incluindo a temperatura do pool de fusão, a quantidade de oxigênio no ar e a fluxo do pó, devem ser monitoradas em tempo real. Por exemplo, o sistema de controle de loop de Yunyao Shenwei fechou - usa um imageador térmico infravermelho para capturar a forma da piscina derretida, altera dinamicamente a energia do laser (200-1000W) e a velocidade de varredura (500-2000 mm/s) e prevê a deformação de alerta induzida por estresse térmico. Algumas empresas empregam tecnologia verde a laser para melhorar a eficiência do acoplamento de energia e corrigir falhas parciais de fusão nos materiais que refletem muita luz, como o cobre.
2. Edge tecnológica: resolvendo os três maiores problemas com a criação de moldes tradicionais
Ao mudar a maneira como as coisas são feitas, a Metal 3D Printing adiciona três novos valores à indústria de moldes:
Uma enorme melhoria na liberdade de design
A natureza do "processamento linear" da perfuração, a moagem e outros procedimentos dificulta a vida de fazer os moldes da maneira tradicional. Os canais de resfriamento são frequentemente fabricados como linhas retas ou polilinas simples. Isso significa que as peças moldadas por injeção não esfriam uniformemente (o diferencial de temperatura pode ser superior a 30 graus) . 3 D A impressão pode fazer canais de resfriamento conforme que podem ser projetados como veias folhas espirais, dendríticas ou biomiméticas para ajustar a geometria da câmara do molde. A Audi usou essa técnica para tornar os moldes de fundição do dado - esfria 40% mais rápido, reduzem o ciclo de moldagem por injeção em 35% e diminua a taxa de sucata de 8% para 1,2%.
Duas vezes mais rápido e duas vezes mais barato para fazer
Por exemplo, um molde de injeção de pára -choques de automóveis: leva 6 semanas para a usinagem tradicional de CNC fazer um eletrodo, fazer usinagem de descarga elétrica e outras etapas. Leva apenas 72 horas para a impressão 3D, e a taxa de utilização de material aumentou de 25% para 95%. Para moldes personalizados em lote pequeno, esses casos para equipamentos médicos, a impressão 3D custa 60% menos por peça do que os métodos tradicionais. Isso o torna ideal para os estágios de validação de protótipo e produção de teste.
Otimizando o desempenho de materiais e estruturas
A rápida solidificação da impressão 3D (taxa de resfriamento de até 10 ^ 6 graus /s) pode criar uma estrutura de grão fina que torna o molde muito mais difícil e mais resistente ao desgaste. Por exemplo, o aço mofo H13 feito com a tecnologia SLM tem uma vida de fadiga térmica 2,3 vezes maior que a das peças forjadas. Isso o torna bom para morrer - situações de fundição com cargas pesadas. Além disso, a técnica de impressão de material de gradiente pode colocar altos revestimentos de dureza - (tal WC CO) na superfície do molde, mantendo o núcleo duro, o que significa "um material para vários usos".
3. Os casos de uso comuns incluem resfriamento conforme e integração funcional.
A impressão 3D de metal causou um grande impacto em muitas áreas de fabricação de moldes, criando soluções exclusivas:
Molde de injeção: um grande uso de um canal de água de resfriamento conforme
Em Big Appliance Shell Molds, 3D -… As hidrovias impressas podem reduzir o tempo de resfriamento de 45 segundos para 28 segundos e se livrar das falhas de solda. Uma empresa produziu um canal biomimético para moldes de painel de ar condicionado com falhe de superfície de 0,02 mm, que é o mesmo nível que um espelho.
Molde de fundição de matriz: um design com uma câmara complicada e peso leve
Para fazer cavidades internas complicadas usando moldes tradicionais de matriz -, você deve montar várias seções. Usando a impressão 3D, você pode fazer moldes com orifícios que se cruzam e finos - costelas paredes de uma só vez. Por exemplo, o novo molde da caixa de bateria do veículo energético - fundindo o molde usa o design da otimização da topologia para reduzir o peso em 42%. A vida útil do molde também é estendida de 50.000 vezes a 120.000 vezes com canais impressos em 3D.
Molde de pneu de borracha: fabricando blocos de padrões com grande precisão
No passado, era difícil fazer padrões de pneus com a precisão do nível do micrômetro -, como um canal de drenagem de pneus de chuva com apenas 1,5 mm de largura. Usando alto controle de laser de precisão -, a impressão 3D pode fazer com que os moldes de bloco de padrões evitem a deformação do padrão que pode acontecer com a usinagem de descarga elétrica. A precisão repetida de posicionamento do padrão do molde de pneus de corrida de F1 fabricada por uma determinada empresa é de ± 0,01 mm, que é o que a Federação Internacional de Automóveis exige.
4. Tendências da indústria: desde os avanços da tecnologia até as mudanças no ambiente
A impressão 3D de metal está mudando na indústria de moldes de "substituição de ponto único" para "inovação do sistema":
Um grande passo adiante em Multi - tecnologia de impressão de material
No momento, imprimir materiais compostos como alumínio de cobre e cerâmica de aço ainda é um problema no negócio. No entanto, novas tecnologias como laser verde e colaboração com vários feixes tornaram alguns materiais compatíveis com o outro. Por exemplo, uma empresa criou uma técnica de impressão bimetálica de aço de cobre que usa a ligação metalúrgica da interface para encontrar um compromisso entre condutividade térmica e força. Essa abordagem é boa para moldes para líquido - radiadores resfriados.
Modo de fabricação composta aditiva
O método de fabricação híbrido que combina a usinagem de precisão do CNC já é comum. Por exemplo, a via hidrográfica conforme é feita primeiro usando a impressão 3D e, em seguida, a cavidade é melhorada usando um centro de usinagem de cinco -}. Isso aproveita os benefícios do projeto da impressão 3D e garante que a qualidade da superfície do molde seja boa (RA menor ou igual a 0,8 μm).
Construindo um sistema inteligente e uniforme
As empresas nos EUA estão trabalhando para criar padrões para moldes de impressão 3D de metal. Esses padrões incluem as qualidades do pó (esfericidade maior ou igual a 90%, conteúdo de oxigênio <0,05%), a capacidade de encontrar defeitos (porosidade de varredura de TC menor ou igual a 0,5%) e os critérios para o post - (tratamento de tratamento térmico). Os algoritmos AI também foram usados ​​para melhorar as vias de impressão ao mesmo tempo. Através da inteligência da máquina, uma plataforma tornou as estruturas de suporte 30% mais leves e a impressão 25% mais eficientes.