In 3D kim loại có thể sản xuất khuôn dập không?

1. Tính khả thi về mặt kỹ thuật: bước nhảy từ "xác minh ý tưởng" sang "ứng dụng quy mô".
Lợi ích chính của in 3D kim loại là nó cho phép "thiết kế miễn phí" và "sản xuất nhanh chóng". Sử dụng các phương pháp như nấu chảy bằng laser có chọn lọc (SLM) và nấu chảy bằng chùm tia điện tử (EBM), bột kim loại có thể được xếp chồng lên nhau để tạo ra các thiết kế hình học phức tạp. Điều này vượt xa giới hạn của quá trình xử lý tiêu chuẩn trên hình dạng khuôn.
Khả năng tạo ra các cấu trúc phức tạp
Để chế tạo khuôn dập truyền thống, các kênh nước làm mát phải được xử lý bằng các phương pháp như phay và khoan. Tuy nhiên, có thể khó tạo ra các khoang phức tạp và các kênh nước không đồng đều vì khó có được dụng cụ xử lý. Ví dụ, mạch nước làm mát khuôn dập cho đầu xi lanh của động cơ ô tô cần được liên kết chặt chẽ với bề mặt khoang khuôn để phân bổ nhiệt đều. Các phương pháp truyền thống khiến việc sắp xếp mạch nước phi tuyến tính trở nên khó khăn. Và in 3D kim loại có thể trực tiếp tạo ra các dòng nước không đều như cành cây xoắn ốc và mô phỏng sinh học. Điều này giúp làm mát hiệu quả hơn 30% và tăng tốc quá trình đúc. Một-một hãng ô tô nổi tiếng sử dụng công nghệ in 3D để làm khuôn dập đầu xi-lanh động cơ. Điều này giúp giảm thời gian làm khuôn từ hai tháng xuống còn hai tuần và làm cho khuôn có tuổi thọ cao hơn 100.000 lần.
Một bước tiến lớn trong cách thức hoạt động của vật liệu
Giờ đây, in 3D kim loại có thể tạo hình các kim loại có độ bền-cao một cách nhất quán. Ví dụ: thép công cụ H13 có thể đạt độ cứng HRC 50-55 và độ bền va đập 22J sau khi in 3D và xử lý nhiệt. Điều này đáp ứng nhu cầu của khuôn đúc{11}}về cả khả năng chống mài mòn và nứt. Thiết bị dòng FS273M của Huashu High Tech được Broadcom Precision sử dụng để in các tấm lót khuôn đúc. Những hạt dao này có kích thước ổn định ngay cả sau 50.000 chu kỳ dập và hiệu suất là 100%. Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu hiệu suất cao như hợp kim titan và hợp kim niken{20}}làm cho khuôn in 3D đủ chắc chắn để xử lý các trường hợp khắc nghiệt như nhiệt độ cao và áp suất cao.
Đổi mới trong tích hợp quy trình
Để tìm sự cân bằng giữa chi phí và hiệu quả, ngành đã xem xét phương pháp sản xuất kết hợp giữa "in 3D và xử lý truyền thống". Chi nhánh Hải Tây của Tổng Viện Nghiên cứu Khoa học Cơ khí đã nghĩ ra cách chế tạo khuôn dập nóng. Đầu tiên, họ nghiền nền khuôn và ống thẳng. Sau đó, họ sử dụng công nghệ in 3D để xếp chồng các ống làm mát không đều lên nhau. Cuối cùng, họ đảm bảo khoang khuôn chính xác bằng cách cắt và đánh bóng nó. Quy trình này giúp giảm 60% lượng bột kim loại, 40% thời gian xử lý và giúp đường ống làm mát và khoang khuôn khớp khít hoàn hảo.
2. Kiểm tra hiệu suất: ba bài kiểm tra về độ cứng, tuổi thọ và độ chính xác
Khuôn dập phải xử lý hàng chục nghìn hoặc thậm chí hàng triệu lần va chạm áp suất cao. Độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ ổn định kích thước của chúng là những yếu tố quyết định chất lượng của sản phẩm được làm bằng chúng. Để tìm hiểu xem khuôn in 3D kim loại có hoạt động như bình thường hay không, bạn cần xem dữ liệu sản xuất thực tế.
Độ cứng và khả năng chống mài mòn
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chứng minh rằng khuôn thép H13 in 3D (HRC 52) cũng cứng như khuôn rèn truyền thống (HRC 50-53). Tuy nhiên, cấu trúc vi mô ổn định hơn, giúp giảm khả năng bắt đầu xuất hiện vết nứt. Khi sử dụng khuôn dập để làm khung ghế ô tô, khuôn in 3D hao mòn nhanh hơn 40% so với khuôn truyền thống và chu kỳ bảo trì kéo dài trong 3 tháng.
cuộc sống mệt mỏi
Thử nghiệm độ mỏi ở chu kỳ cao chứng minh rằng giới hạn độ mỏi của khuôn in 3D tương tự như giới hạn độ mỏi của quy trình truyền thống. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải chú ý đến những lỗi in ấn. Ví dụ, việc không kết hợp hoàn toàn các lỗ chân lông trong công nghệ nấu chảy bột có thể gây ra lực căng tích tụ và rút ngắn tuổi thọ của vật liệu. Một nhóm nghiên cứu đã cải thiện tuổi thọ mỏi của khuôn Ti6Al4V in 3D lên 10^7 chu kỳ, đáp ứng tiêu chí cấp hàng không, bằng cách tối ưu hóa chiến thuật quét (như quét bàn cờ) và độ bền của liên kết giữa các lớp.
độ chính xác của kích thước
In 3D kim loại có thể chính xác trong phạm vi ± 0,05 mm và-các phương pháp xử lý sau như ép đẳng tĩnh nóng và gia công CNC có thể loại bỏ mọi ứng suất và biến dạng còn lại. 3Công nghệ in D đã có thể tạo khuôn dập cho vỏ thiết bị điện tử là bản sao chính xác của kết cấu ở mức 0,3 mm, với độ nhám bề mặt là Ra<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Khi nào nên sử dụng: Chuyển từ "sản xuất thử nghiệm hàng loạt nhỏ" sang "sản xuất-quy mô lớn"
Trong in 3D kim loại, cấu trúc chi phí khác với các phương pháp truyền thống. Giá thiết bị, vật liệu cao hơn nhưng các bước thiết kế khuôn, sản xuất thử, sửa đổi không còn cần thiết nữa. Khi quy mô lô sản xuất tăng lên, tổng chi phí sẽ giảm xuống. Hiện tại, nó có thể được sử dụng trong ba tình huống chính:
Khuôn cho các kết cấu phức tạp
In 3D có thể tăng tốc đáng kể chu kỳ phát triển của các khuôn có kết cấu tinh tế, khoảng trống sâu hoặc đường nước không thẳng. Ví dụ, một công ty sử dụng công nghệ in 3D để làm khuôn dập đế giày. Điều này giúp giảm thời gian cần thiết để có được thiết kế từ 6 tuần xuống còn 10 ngày và nó cũng cho phép thiết kế riêng để phù hợp với nhu cầu của các lô nhỏ và nhiều kiểu dáng.
Khuôn mẫu có nhiều giá trị gia tăng
Trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ và chăm sóc sức khỏe, nhu cầu về độ chính xác và hiệu suất của khuôn quan trọng hơn nhiều so với chi phí của chúng.. 3In D đã được sử dụng thành công để tạo khuôn cho các sản phẩm-cao cấp như đĩa tuabin cho động cơ máy bay và khớp giả. Thiết kế nhẹ (giúp giảm trọng lượng từ 20% đến 30%) và cấu trúc tích hợp (giúp giảm thiểu lỗi lắp ráp) là những lợi ích chính của nó.
Sửa chữa và làm lại khuôn
Công nghệ lắng đọng lớp phủ bằng laser (LC) được sử dụng trong in 3D có thể nhanh chóng sửa chữa các khuôn bị mòn. Ví dụ, một công ty ô tô đã sử dụng công nghệ LC để cố định bề mặt khoang khuôn dập. Điều này giúp giảm thời gian sửa chữa từ 7 ngày xuống còn 2 ngày, giảm 50% chi phí và đưa khuôn trở lại độ chính xác ban đầu.