In 3D kim loại có thể giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất khuôn như thế nào?

一, Tái cấu trúc quy trình: Chuyển từ "Xử lý nối tiếp" sang "Sản xuất song song"
Sản xuất khuôn truyền thống sử dụng mô hình "xử lý nối tiếp", trong đó mỗi hoạt động được tiến hành theo trình tự và bất kỳ sự chậm trễ nào trong bất kỳ liên kết nào sẽ dẫn đến một chu kỳ tổng thể dài hơn. Ví dụ, quy trình sản xuất khuôn tiêu chuẩn cho một nhà sản xuất phụ tùng ô tô nhất định mất 120 giờ chỉ cho các giai đoạn gia công điện cực và gia công phóng điện. Điều này có nghĩa là khả năng mắc sai sót sẽ cao hơn do có quá nhiều bước kẹp và định vị. Với chế độ "sản xuất song song", công nghệ in 3D kim loại tích hợp ba bước chính là thiết kế, in và xử lý hậu kỳ mà không có bất kỳ khoảng trống thời gian nào. Đây là một thay đổi lớn so với các phương pháp cũ:
Tích hợp thiết kế và in ấn: Sau khi hoàn thiện thiết kế khuôn trên phần mềm tạo mô hình 3D, nhà thiết kế có thể xây dựng dữ liệu lát cắt ngay lập tức và gửi đến máy in 3D mà không cần phải làm điện cực, viết hướng dẫn CNC hay kiểm tra quy trình. Khuôn vỏ máy điều hòa không khí do Zhongrui Technology sản xuất cho một hãng thiết bị gia dụng nào đó chỉ mất 72 giờ từ khâu thiết kế đến in ấn, ngắn hơn 60% so với kỹ thuật tiêu chuẩn.
Xử lý song song nhiều tác vụ: Thiết bị có thể tạo ra nhiều bộ phận khuôn cùng một lúc trong khi in, do đó không cần có sự tham gia của con người. Ví dụ: một nhà sản xuất khuôn đúc-sử dụng máy in 3D kim loại laze kép để tạo 16 hốc khuôn lõm cùng lúc trong 48 giờ. Tốc độ này nhanh hơn 8 lần so với xử lý từng mảnh thông thường.
Quá trình-xử lý sau dễ dàng hơn: Để đến giai đoạn khuôn thử, khuôn in chỉ cần trải qua một số bước cơ bản, chẳng hạn như cắt dây, tháo giá đỡ và làm nóng khuôn. Theo một nghiên cứu điển hình về khuôn kết nối điện tử, khuôn in 3D mất ít thời gian hoàn thiện hơn 70% so với khuôn truyền thống và không cần phải làm đi làm lại cùng một công việc.
2, Đổi mới trong quy trình: Cấu trúc nhẹ và hoạt động nén định kỳ của hệ thống làm mát phù hợp
Hệ thống làm mát khuôn là một phần quan trọng trong chu trình sản xuất. Do cấu trúc hạn chế của chúng, các kênh dẫn nước lỗ thẳng truyền thống có xu hướng có nhiệt độ khuôn không nhất quán và cần thời gian làm mát lâu hơn để giữ cho sản phẩm không bị thay đổi hình dạng. Công nghệ in 3D kim loại cải thiện cả hiệu quả làm mát và chu trình sản xuất bằng cách sử dụng hai quy trình mới:
Thiết kế kênh nước làm mát phù hợp: Các nhà thiết kế có thể sử dụng khía cạnh "đúc tự do" của in 3D để tạo ra các hình dạng kênh dòng chảy xoắn ốc, dạng lưới hoặc mô phỏng sinh học rất khớp với khoang khuôn. Sau khi sử dụng đường thủy phù hợp cho một khuôn cản xe nhất định, chu trình ép phun đã giảm từ 45 giây xuống còn 30 giây và năng lực sản xuất hàng năm của một thiết bị đã tăng thêm 120.000 chiếc. Đường thủy phù hợp thậm chí còn quan trọng hơn vì nó loại bỏ được "điểm mù làm mát" mà đường thủy truyền thống có. Điều này làm giảm tỷ lệ cong vênh của sản phẩm từ 0,8% xuống 0,2% và tăng tỷ lệ hiệu suất lên 99,5%, giúp giảm thời gian cần thiết cho việc kiểm tra và làm lại khuôn.
Tối ưu hóa cấu trúc nhẹ: Công nghệ tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể giúp in 3D kim loại loại bỏ các vật liệu thừa từ khuôn, có thể giảm trọng lượng từ 30% đến 50% trong khi vẫn đảm bảo cấu trúc chắc chắn. Một công ty sản xuất thiết bị năng lượng gió đã chia một khuôn cánh rộng 2{5}}mét thành 8 mô-đun nhẹ để in. Điều này giúp giảm chi phí vận chuyển tới 40%. Thời gian cần thiết để thay thế một mô-đun duy nhất cũng đã giảm từ 2 giờ xuống còn 30 phút, giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ bảo trì khuôn.
3, Tối ưu hóa vật liệu: Những đột phá định kỳ về hợp kim-hiệu suất cao và vật liệu tổng hợp
Cách thức hoạt động của vật liệu khuôn có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ khó xử lý và thời gian để tạo ra bất kỳ thứ gì. Vì thép khuôn truyền thống khá cứng và không truyền nhiệt tốt nên cần được xử lý nhiệt-nhiều lần và được gia công rất chính xác để phù hợp với nhu cầu sử dụng. Nhưng công nghệ in 3D kim loại khắc phục được giới hạn hiệu suất của vật liệu tiêu chuẩn bằng cách thay đổi cách tạo ra vật liệu và cách sử dụng chúng.
In trực tiếp các hợp kim có nhiệt độ-cao: Một nhà sản xuất động cơ tua-bin nhất định sử dụng tính năng in 3D để tạo ra các ống xoắn từ hợp kim có nhiệt độ cao-làm từ niken-. Nó đạt được 100.000 chu kỳ-không rò rỉ trong môi trường-nhiệt độ cao 600 độ bằng cách tối ưu hóa cài đặt laser và cấu trúc hỗ trợ. Tuổi thọ của nó dài hơn ba lần so với vật đúc truyền thống và không cần phải ép đẳng nhiệt nóng sau đó, giúp rút ngắn 20% chu kỳ sản xuất.
Tản nhiệt hiệu quả bằng hợp kim đồng: Nhà cung cấp dịch vụ trung tâm dữ liệu sử dụng mô-đun làm mát bằng chất lỏng bằng hợp kim đồng được in 3D với độ dẫn nhiệt 398W/(m · K). Điều này làm cho chúng có hiệu quả thoát nhiệt cao hơn 60% so với các mô-đun nhôm. Tính năng in tích hợp giúp loại bỏ nguy cơ rò rỉ mối hàn, giúp giảm thời gian gỡ lỗi hệ thống tản nhiệt máy chủ từ 7 ngày xuống còn 3 ngày.
Tích hợp chức năng của vật liệu composite: In 3D kim loại có thể làm cho các cấu trúc thực tế như kênh làm mát, chốt đẩy và khe xả đều hoạt động cùng nhau. Thông qua thiết kế tích hợp, số lượng bộ phận trong một khuôn nội thất ô tô nhất định đã giảm từ 127 xuống còn 38. Thời gian đặt khuôn lại với nhau đã giảm 70% và tỷ lệ rò rỉ khuôn đã giảm xuống dưới 0,1% do có ít liên kết bịt kín hơn.
4, Nghiên cứu trường hợp: Sự chuyển đổi mang tính chu kỳ từ phòng thí nghiệm sang dây chuyền sản xuất
Trong lĩnh vực khuôn y tế, một công ty thiết bị y tế nào đó sử dụng công nghệ in 3D kim loại để chế tạo khuôn cấy ghép chỉnh hình. Chu kỳ ép phun giảm từ 120 giây xuống 75 giây nhờ thiết kế làm mát phù hợp. Độ ổn định của kích thước sản phẩm được tăng cường 50% và năng lực sản xuất hàng ngày tăng từ 500 chiếc lên 800 chiếc. Điều này đáp ứng nhu cầu về vật tư y tế khẩn cấp.
Trong ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng, một công ty sản xuất điện thoại di động đã sử dụng công nghệ in 3D để làm khuôn cho vỏ trên của USB. Bằng cách cải thiện thiết kế đường thủy phù hợp, chu kỳ đúc cho các bộ phận đúc phun được cắt giảm 45% và tỷ lệ hàng hóa đi qua trực tiếp tăng từ 82% lên 95%. Điều này là do việc làm mát không đồng đều gây ra ít khuyết tật bề mặt hơn. Điều này khiến thời gian tung ra sản phẩm mới ngắn hơn rất nhiều.
Một công ty sản xuất động cơ máy bay trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đã bắt đầu sử dụng khuôn cánh tuabin hợp kim titan in 3D. Trọng lượng khuôn đã được giảm 40% nhờ thiết kế gọn nhẹ và cải tiến cấu trúc liên kết. Ngoài ra, chu kỳ sửa chữa khuôn đã giảm từ 15 ngày xuống còn 3 ngày kể từ khi biến dạng xử lý nhiệt giảm xuống. Điều này đảm bảo rằng các cánh động cơ luôn có sẵn.