Có thể sản xuất khuôn có kích thước lớn{0}}bằng cách in 3D kim loại không?

1. Một bước tiến lớn trong lĩnh vực in 3D kim loại-quy mô lớn: từ phòng thí nghiệm đến nhà máy
Ý tưởng chính đằng sau tính năng in 3D kim loại là xếp chồng các vật liệu kim loại lên nhau và sử dụng các chùm năng lượng cao-như tia laser hoặc chùm tia điện tử để trực tiếp tạo ra các cấu trúc phức tạp. Khi nói đến việc chế tạo khuôn lớn, đã có những tiến bộ lớn trong ba lĩnh vực:
Mở rộng hình thức trang bị
Thiết bị laser radium LiM-X1500H có thể tạo khuôn các sản phẩm có kích thước 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Nó có thể in cả phần tròn và hình vuông của động cơ hàng không cùng một lúc. Phần này có rất nhiều kết cấu rỗng và gân gia cố. Các quy trình truyền thống cần xử lý khối và ghép nối, trong khi công nghệ SLM cắt giảm hơn 50% chu kỳ sản xuất và sử dụng hơn 90% vật liệu thông qua quá trình đúc tích hợp. Quan trọng hơn, thiết bị LiM{11}}X800H+ ra mắt vào năm 2024 có chiều cao tạo hình ròng là 2,5 mét và có thể chế tạo các thành phần cấu trúc xoắn ốc bằng hợp kim titan có kích thước 418mm × 362mm × 2210mm. Điều này chứng tỏ thiết bị đủ ổn định để chế tạo các linh kiện lớn và nhẹ.
Sự hợp tác giữa nhiều tia laser và cải tiến quy trình
Kiểm soát ứng suất nhiệt là một vấn đề đối với việc in ấn quy mô lớn. Khi in các khung máy bay bằng hợp kim titan dài hơn 6- mét, tia laser Leiming áp dụng công nghệ cộng tác đa tia laser-để đạt tỷ lệ trùng lặp điểm laser lên 30%. Khi được sử dụng với phương pháp phân phối bột động, điều này giúp giảm ứng suất dư xuống 40%, đảm bảo rằng kích thước của các bộ phận siêu lớn (6295mm × 2198mm × 614mm) là chính xác. Thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết của bộ trao đổi nhiệt hợp kim nhôm (569mm × 527mm × 512mm) cũng cho thấy cách sử dụng công nghệ SLM để kết hợp kênh dòng chảy và cấu trúc chính. Điều này cho thấy phương pháp này linh hoạt như thế nào đối với các hệ thống làm mát phức tạp.
Đổi mới trong sản xuất kết hợp và-xử lý hậu kỳ
Laiming Laser đã phát triển giải pháp sản xuất bồi đắp bằng tia laze xanh cho các vật liệu có khả năng chống{0}}kim loại cao như đồng nguyên chất. Hệ thống này đã in thành công các cấu trúc buồng đẩy bằng đồng nguyên chất và vây tản nhiệt. Phương pháp này vượt xa giới hạn hấp thụ của tia laser đỏ thông thường trên các vật liệu phản ứng nhanh, giúp việc in đồng nguyên chất hiệu quả hơn gấp ba lần. Độ nhám bề mặt là Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu số lượng lớn: từ thử nghiệm ý tưởng đến sản xuất số lượng lớn
In 3D kim loại đã được sử dụng ở một số-doanh nghiệp cao cấp để tạo ra các khuôn lớn và giá trị của nó đã được chứng minh qua-các ví dụ thực tế:
Tích hợp nhẹ và chức năng trong hàng không vũ trụ
Nhu cầu về khung máy bay không người lái hạng nhẹ trong nền kinh tế-độ cao thấp đã dẫn đến việc sử dụng-công nghệ in 3D quy mô lớn. Luming Laser đã sử dụng LiM{4}}X260A để in khung máy bay không người lái bằng hợp kim titan có kích thước 153 mm × 153 mm × 25 mm và nặng dưới 0,3 kg. Tối ưu hóa cấu trúc liên kết giúp giảm số lượng bộ phận và số bước trong quy trình sản xuất từ ​​12 xuống còn 3. Chu trình in cũng giảm xuống còn 5 giờ. Kịch bản này cho thấy in 3D kim loại có thể đạt được sự cân bằng giữa trọng lượng và độ bền kết cấu, điều này rất quan trọng để giúp thiết bị máy bay hoạt động tốt hơn.
Thiết bị năng lượng: tập hợp các hệ thống làm mát phức tạp lại thành một
Thiết kế kênh làm mát trong khuôn trao đổi nhiệt lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của thiết bị điện hạt nhân. Phương pháp truyền thống cần hàng trăm lỗ làm mát được khoan vào khuôn. Mặt khác, in 3D kim loại tạo ra kênh nước làm mát phù hợp giúp giảm 60% khoảng cách của dòng chất làm mát và tăng hiệu suất truyền nhiệt lên 25%. Ví dụ, công nghệ SLM được sử dụng để in khuôn cho máy tạo hơi nước chạy bằng năng lượng hạt nhân có kênh nước làm mát chỉ rộng 2mm. Khuôn này cao 1,2 mét và có khả năng kiểm soát nhiệt độ đồng đều, giúp giải quyết vấn đề mỏi vật liệu xảy ra khi các bộ phận quá nóng trong quy trình truyền thống.
Sản xuất ô tô: Nhanh chóng thay đổi khuôn mẫu lớn
Hầu hết các khuôn tấm ô tô đều lớn hơn 3 mét và các phương pháp đúc truyền thống cần chu kỳ sản xuất thử từ 6 đến 8 tuần. Và in 3D kim loại giúp giảm thời gian tạo lõi khuôn xuống còn hai tuần bằng cách sản xuất trực tiếp. Một thương hiệu phương tiện sử dụng năng lượng mới đã sử dụng công nghệ DED để cố định các khuôn đúc-lớn. Lớp chống mài mòn trên bề mặt khuôn được cố định trong 48 giờ bằng cách cho ăn và nấu chảy bột cùng lúc. Lớp sửa chữa có độ cứng HRC52, cứng hơn 20% so với phương pháp hàn thông thường. Điều này có nghĩa là khuôn sẽ không thay đổi hình dạng do vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
3. Những thách thức công nghệ và xu hướng tương lai: Từ đột phá ở một điểm duy nhất đến Tái cơ cấu môi trường
Ngay cả khi tính năng in 3D kim loại-quy mô lớn có rất nhiều tiềm năng, nó vẫn có ba vấn đề lớn cần được giải quyết trước khi có thể sử dụng rộng rãi:
Kiểm soát chi phí và hiệu suất của vật liệu
Chế tạo khuôn cần vật liệu đã được tôi và cứng lại, nhưng in 3D có thể làm lạnh vật liệu nhanh chóng, khiến chúng trở nên giòn hơn. Giải pháp là tạo ra bột thép lão hóa martensitic có ứng suất thấp-và xử lý nhiệt-để làm cho bột thép khó đạt được 52HRC hơn. Sử dụng kỹ thuật in vật liệu gradient, một lớp phủ cứng được phủ lên bề mặt khuôn trong khi vẫn giữ một lớp ma trận cứng ở vùng lõi. Điều này cân bằng khả năng chống mài mòn và chống va đập.
Kiểm tra độ ổn định và chất lượng trong quá trình
Khi in trên quy mô lớn, quá nhiệt cục bộ hoặc nhiễm bột có thể khiến tỷ lệ lỗi tăng lên. Ngành này đang thúc đẩy các công nghệ giám sát tại chỗ, chẳng hạn như thiết bị LiM-X800H+ kết hợp thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại và hệ thống giám sát bể tan chảy bằng tia laser radium. Công nghệ này có thể thay đổi cường độ của tia laser theo thời gian thực và giảm số lượng khuyết tật từ 3% xuống 0,5%. Đồng thời, các mô hình dự đoán lỗi dựa trên AI-có thể tìm thấy trước các yếu tố rủi ro bằng cách xem xét dữ liệu in trước đây, giúp duy trì chất lượng ổn định hơn nữa.
Hợp tác và tiêu chuẩn hóa trong chuỗi công nghiệp
Việc tạo ra những khuôn mẫu khổng lồ đòi hỏi phải kết hợp nhiều bước, chẳng hạn như in 3D, gia công CNC và xử lý nhiệt. GF Treatment Solutions đã đưa ra giải pháp sản xuất "bộ phận lai" sử dụng các máy trạm tự động để kết hợp liền mạch các quy trình trừ và cộng. Điều này giúp giảm 40% thời gian làm khuôn. Việc đưa ra tiêu chuẩn ISO/ASTM 52921 cũng đặt ra tiêu chuẩn cho các yếu tố quan trọng như dung sai kích thước và độ nhám bề mặt để in 3D kim loại ở quy mô lớn-. Điều này giúp ngành công nghiệp có thể sử dụng công nghệ này trên quy mô rộng.