Làm thế nào để kết hợp in 3D kim loại và ép phun khuôn?

一, Ý tưởng chính đằng sau việc tích hợp công nghệ là đi từ "thay thế" sang "bổ sung".
In 3D và ép phun kim loại không chỉ là hai công nghệ hoạt động cùng nhau; chúng là sự kết hợp giữa "sản xuất phụ gia" và "xử lý trừ" phối hợp với nhau để nâng cao hiệu quả và chức năng. Ba điều sau đây cho thấy logic chính của nó:
Một bước tiến lớn trong tự do thiết kế
Khuôn ép phun thông thường bị hạn chế bởi các phương pháp xử lý và các thiết kế phức tạp như kênh nước làm mát phù hợp và các gân gia cố bên trong đòi hỏi quy trình sản xuất và lắp ráp riêng biệt, dẫn đến giá tăng cao và chu kỳ kéo dài. Kỹ thuật LPBF có thể in trực tiếp các cấu trúc phức tạp tích hợp bằng cách nấu chảy từng lớp bột kim loại. Ví dụ: công nghệ laser đã tạo ra quy trình thép thoáng khí thế hệ thứ-thứ ba, có thể tạo ra các cấu trúc thoáng khí đa hướng với khẩu độ 0,04 mm trong khuôn. Điều này giải quyết vấn đề các miếng thép thông khí thông thường không thoát khí tốt.
Tìm sự cân bằng hợp lý giữa chi phí và hiệu quả
Việc mua thiết bị in 3D kim loại tốn rất nhiều chi phí nhưng có thể giúp giảm lãng phí nguyên liệu (với tỷ lệ tận dụng nguyên liệu trên 90%). Các doanh nghiệp có thể sử dụng in 3D để tạo ra các bộ phận hoạt động cốt lõi của khuôn (chẳng hạn như các bộ phận làm mát phù hợp) và quy trình xử lý truyền thống để tạo ra các cấu trúc ngoại vi. Điều này cắt giảm chi phí rất nhiều. Ví dụ: B&J Specialty sử dụng ProX DMP 300 của Hệ thống 3D để in các tấm lót khuôn đường ống ô tô. Điều này giúp giảm thời gian chu trình làm mát từ 1 phút xuống 40 giây, tăng hiệu suất sản xuất lên 30% và kéo dài tuổi thọ của khuôn thêm 25%.
Thay đổi nhanh chóng và thực hiện mọi thứ theo yêu cầu
In 3D kim loại có thể nhanh chóng tạo ra các nguyên mẫu khuôn để thử nghiệm và xác minh trong giai đoạn phát triển sản phẩm. Điều này giúp giảm chi phí thực hiện thay đổi thiết kế nhiều lần. Chẳng hạn, một công ty sản xuất thiết bị gia dụng sử dụng công nghệ LPBF để chế tạo các khối khuôn ép phun cho vỏ máy điều hòa không khí. Điều này cắt giảm chu kỳ 12 quy trình, 45 ngày truyền thống xuống còn 12 ngày và giảm sai số lắp ráp từ 0,1 mm xuống 0,02 mm, giúp kéo dài tuổi thọ của khuôn lên 200.000 lần.
2, Các trường hợp sử dụng phổ biến: từ cải thiện chức năng đến nâng cấp ngành
1. Hệ thống làm mát linh hoạt là cách tốt nhất để khắc phục các vấn đề với quá trình ép phun.
Hầu hết, mạch nước làm mát trong các khuôn ép thông thường đều thẳng, khiến bề mặt sản phẩm khó có thể khớp với nhau. Điều này gây ra hiện tượng làm mát không đều và biến dạng sản phẩm. Công nghệ LPBF có thể tạo ra một ống tủy phù hợp với hình dạng của vật thể một cách hoàn hảo, giúp làm mát đồng đều vật thể. Ví dụ:
Khuôn đường ống ô tô: Sử dụng phần mềm Cimatron, B&J Specialty đã xây dựng mạch nước làm mát phù hợp giúp hạ nhiệt độ của khuôn từ 132 xuống 18 độ C, giảm tỷ lệ co ngót của sản phẩm tới 67% và nâng hiệu suất lên 98%.
Một công ty nha khoa chế tạo khuôn dụng cụ chỉnh nha vô hình bằng công nghệ μ - LPBF, có độ chính xác in là 2–5 μ m. Thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết cải thiện tính đồng nhất của phân bổ lực chỉnh nha lên 40% và tăng tỷ lệ thích ứng của bệnh nhân từ 85% lên 98%.
2. Để khắc phục sự cố kẹt khí, cấu trúc thoáng khí và thân khuôn phải khớp với nhau một cách hoàn hảo.
Nếu khí bên trong khoang khuôn không được giải phóng đủ nhanh trong quá trình ép phun, nó có thể gây ra các vấn đề bao gồm bong bóng sản phẩm và phản ứng tổng hợp kém. Phương pháp cổ điển yêu cầu đưa thép thoáng khí vào khuôn, tuy nhiên nó không hiệu quả khi cấu trúc phức tạp. Công nghệ LPBF có thể in các lớp xốp, thoáng khí trực tiếp lên thân khuôn. Ví dụ:
Khuôn tạo hình được hỗ trợ bằng khí-: Một công ty cụ thể sử dụng LPBF để in lõi khuôn, tạo ra một lớp xốp ở dưới cùng của tấm sườn và nhúng một thanh thông gió với lớp xốp trên cùng. Khí đẩy xuống tấm sườn và phần trên của thanh thông gió trong quá trình ép phun. Điều này đẩy sản phẩm về phía bề mặt khoang, giúp loại bỏ ứng suất bên trong và ngăn chặn các đường co ngót trên bề mặt.
Khuôn điện tử có độ chính xác cao: Một nhà sản xuất khuôn sản phẩm 3C chế tạo khuôn khung điện thoại di động sử dụng LPBF. Khuôn có cấu trúc thoáng khí với lỗ mở 0,04mm ở khu vực xả, giúp giảm 30% áp suất phun và kéo dài tuổi thọ khuôn thêm 40%.
3. Tích hợp nhẹ và chức năng: từ "các thành phần cấu trúc" đến "mô-đun thông minh" Công nghệ LPBF hỗ trợ thiết kế nhẹ như lấp đầy lưới và cấu trúc lưới, đồng thời có thể tích hợp các mô-đun chức năng như cảm biến và bộ phận làm nóng. 3. Tích hợp nhẹ và chức năng: từ "các thành phần cấu trúc" đến "mô-đun thông minh" Ví dụ:
Một công ty cụ thể sử dụng khung hợp kim nhôm do LPBF sản xuất cho bộ pin xe năng lượng mới của họ. Giá đỡ nhẹ hơn 38% nhờ cấu trúc dạng lưới và vượt qua bài kiểm tra quá tải 150%, giúp tăng phạm vi hoạt động lên 8%.
Hệ thống khuôn thông minh: Một công ty y tế đặt cảm biến nhiệt độ bên trong khuôn in LPBF{0}}để họ có thể theo dõi nhiệt độ của mạch nước làm mát trong thời gian thực. Thuật toán AI thay đổi nhanh chóng các thông số tiêm để làm cho sản phẩm ổn định hơn 50%.
3, Các vấn đề và xu hướng công nghệ cho tương lai: Từ “Đột ​​phá một điểm” đến “Tái cơ cấu sinh thái”
1. Các vấn đề hiện tại: tài liệu, độ chính xác và quá trình xử lý hậu kỳ
Một số loại bột kim loại, trong đó có hợp kim đồng có tính dẫn nhiệt mạnh, vẫn cần được tối ưu hóa cho quá trình in ấn sao cho mật độ và chi phí cân bằng.
Chất lượng và độ chính xác bề mặt: Khuôn in LPBF cần gia công chính xác bằng CNC hoặc phun bi để đáp ứng độ nhám bề mặt (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Tích hợp nhiều vật liệu: LPBF hiện chỉ hỗ trợ in với một vật liệu tại một thời điểm. Tuy nhiên, khuôn thường cần cấu trúc hỗn hợp được làm từ các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như thép có độ cứng-cao và đồng-có độ dẫn nhiệt-cao.
2. Xu hướng tương lai: Hợp nhất công nghệ và tái cơ cấu môi trường
Các công cụ kết hợp để chế tạo mọi thứ: Công nghệ AXIOM kết hợp vòi phun in 3D và dao phay CNC để cung cấp khả năng xử lý tích hợp "trừ cộng gộp". Điều này làm giảm kích thước và chi phí của thiết bị cần thiết để thực hiện công việc.
Tối ưu hóa quy trình thông minh: LPBF có thể dự đoán ứng suất dư và biến dạng trong thời gian thực bằng cách kết hợp các mô hình ghép cơ nhiệt với phương pháp học máy. Ví dụ: mô hình phần tử hữu hạn của Autodesk duy trì sự khác biệt về hiệu suất kéo xuyên tâm và chu vi của các cánh tuabin hợp kim titan trong khoảng 5% và khiến chúng có tuổi thọ cao hơn 30%.
Sản xuất Xanh và Nền kinh tế Tuần hoàn: LPBF tái chế hơn 85% bột và không thải ra bất kỳ chất lỏng cắt nào, do đó đáp ứng các quy định sản xuất xanh bao gồm cả "thuế carbon" của EU. Một công ty đã cắt giảm 20% chi phí của một bộ vật liệu khuôn bằng cách tái chế bột chưa tan chảy và sàng lọc nó.