Tại sao ngành công nghiệp khuôn mẫu trở thành hướng ứng dụng quan trọng cho in 3D kim loại?

一, Khả năng thích ứng về mặt kỹ thuật: việc in 3D kim loại và chế tạo khuôn phối hợp tốt như thế nào
1. Bạn có thể tự do tạo hình các công trình phức tạp, vượt ra ngoài giới hạn của nghề thủ công truyền thống.
Vấn đề chính của việc chế tạo khuôn là tạo ra các mạch nước làm mát phức tạp, kết cấu nhẹ và tích hợp chức năng. Logic "loại bỏ vật liệu" của quá trình xử lý trừ làm hạn chế các phương pháp truyền thống, khiến việc tạo ra các cấu trúc phức tạp như các gân gia cố bên trong và các kênh làm mát phù hợp trở nên khó khăn. Ví dụ, mạch nước làm mát trong các khuôn ép thông thường thường sử dụng thiết kế khoan hoặc vách ngăn, không phù hợp với hình dạng của khoang khuôn. Điều này khiến cho việc làm mát không đồng đều và sản phẩm bị biến dạng quá nhanh. In 3D kim loại có thể trực tiếp tạo ra các hình dạng kênh dòng chảy xoắn ốc, dạng lưới hoặc mô phỏng sinh học bám chặt vào khoang khuôn bằng cách xếp chồng vật liệu lên từng lớp.
Lấy khuôn ghế kiểm tra điện của Công nghiệp Zongwei Đài Loan làm ví dụ, mô phỏng Moldex3D đã giúp cải thiện thiết kế đường thủy bất thường. Sau đó, khuôn in 3D kim loại đã giảm chênh lệch nhiệt độ giữa khuôn nam và khuôn nữ từ 47 độ xuống gần như đồng đều, giảm 49% tỷ lệ biến dạng cong vênh và cắt giảm 25% chu kỳ đúc. Trường hợp này cho thấy khả năng tạo ra các cấu trúc phức tạp của in 3D kim loại có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của khuôn.
2. Công nghệ làm mát ngẫu nhiên: cuộc cách mạng kép về chất lượng và hiệu quả
Chất lượng của sản phẩm đúc phun phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống làm mát khuôn. Do sự sắp xếp hạn chế của chúng, các kênh dẫn nước lỗ thẳng truyền thống có thể gây ra nhiệt độ khuôn không đồng đều, dẫn đến các vấn đề như cong vênh và co rút sản phẩm. Bằng cách điều chỉnh lưu lượng nước sao cho nước làm mát bao phủ đều khoang khuôn, phương pháp làm mát phù hợp cho in 3D kim loại đạt được những tiến bộ sau:
Cải thiện hiệu quả: Sau khi chuyển sang đường thủy phù hợp cho một khuôn cản xe nhất định, chu trình ép phun tăng từ 45 giây lên 30 giây và công suất sản xuất hàng năm của một thiết bị đã tăng thêm 120.000 chiếc.
Cải thiện chất lượng: Tỷ lệ cong vênh của một số khuôn đầu nối điện nhất định đã giảm từ 0,8% xuống 0,2% và tỷ lệ năng suất tăng lên 99,5%.
Tuổi thọ dài hơn: Siegfried Hofmann ở Đức đã sản xuất khuôn xốp nhôm in 3D-có khả năng cho hơi nước đi qua tốt hơn và có cấu trúc thông gió tốt. Điều này làm cho tốc độ chu trình làm nóng và làm mát tăng lên 30% và tuổi thọ của khuôn lâu hơn 40%.
3. Tích hợp nhẹ và chức năng: giảm chi phí tổng thể
Bằng cách tối ưu hóa hình dạng của khuôn, in 3D kim loại có thể loại bỏ các vật liệu dư thừa và làm cho cấu trúc chắc chắn hơn đồng thời giảm trọng lượng từ 30% đến 50%. Ví dụ: một công ty sản xuất thiết bị năng lượng gió đã cắt khuôn cánh có đường kính 2{5} mét thành 8 mảnh nhẹ để in. Điều này giúp giảm 40% chi phí vận chuyển và thời gian sửa chữa một mô-đun từ 2 giờ xuống còn 30 phút. Ngoài ra, in 3D có thể kết hợp các yếu tố chức năng như kênh làm mát, chốt đẩy và khe xả thành một phần. Điều này làm giảm số lượng khuôn và sai sót trong quá trình lắp ráp. Số lượng bộ phận trong một khuôn nội thất ô tô nhất định đã được cắt giảm từ 127 xuống còn 38 nhờ thiết kế tích hợp. Thời gian để ghép nó lại với nhau cũng đã giảm đi 70%.
2, Hiệu quả về chi phí-: chuyển từ "thử nghiệm chi phí-cao" sang "ứng dụng quy mô-lớn"
1. Sử dụng vật liệu tốt hơn, giúp giảm chi phí trực tiếp
Phương pháp trừ được sử dụng trong chế tạo khuôn truyền thống, có thể lãng phí tới 30% đến 50% vật liệu. In 3D kim loại là một quy trình sản xuất bồi đắp sử dụng khoảng 95% vật liệu và bột còn sót lại có thể được tái sử dụng. Ví dụ: chi phí vật liệu cho khuôn cánh tuabin động cơ máy bay nhất định đã giảm 60% sau khi in 3D và sau này không cần các kỹ thuật đắt tiền như gia công phóng điện (EDM).
2. Rút ngắn chu kỳ sản xuất: Tận dụng khả năng thị trường
Trong sản xuất truyền thống, thời gian đáng kể để chế tạo khuôn là một vấn đề. Ví dụ, việc tạo khuôn cho các bộ phận ô tô mất hơn mười bước, chẳng hạn như thiết kế, gia công CNC, xử lý nhiệt, lắp ráp và xử lý sự cố. Toàn bộ quá trình có thể mất vài tháng. Và in 3D kim loại sẽ tăng tốc quá trình lên hàng tuần hoặc thậm chí vài ngày bằng cách sử dụng phương pháp "xử lý-hậu kỳ in thiết kế" để chế tạo mọi thứ cùng một lúc.
Sản xuất thử nhanh: Một công ty sản xuất đồ gia dụng đã sử dụng công nghệ in 3D để cắt giảm thời gian làm khuôn vỏ điều hòa từ 15 ngày xuống còn 72 giờ.
Tùy chỉnh theo lô nhỏ: Công ty Phần Lan Toivan Metalli chế tạo khuôn ống uốn cong bằng máy in Markforged X7. Điều này làm giảm chi phí trên mỗi đơn vị từ 4000 euro xuống còn 300–400 euro và tăng tốc độ giao hàng từ 6 tuần lên 1 tuần. Doanh nghiệp đã thực hiện thành công các đơn đặt hàng lô nhỏ và tìm ra những cách mới để kiếm tiền.
3. Phân bổ chi phí dài hạn-: làm cho khuôn tồn tại lâu hơn và dễ chăm sóc hơn
Chi phí ban đầu để làm khuôn in 3D cao hơn một chút so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, thiết kế làm mát phù hợp và trọng lượng nhẹ của chúng có thể làm tăng đáng kể tuổi thọ của khuôn. Ví dụ: một khuôn đúc khuôn-nhất định đã giảm 50% vết nứt mỏi do nhiệt sau khi in 3D cải thiện cân bằng nhiệt. Nó cũng tăng gấp ba lần tuổi thọ sử dụng và cắt giảm 40% chi phí khuôn cho mỗi vật đúc-đúc khuôn. Kiến trúc mô-đun của khuôn in 3D cũng giúp dễ dàng thay thế các mảnh bị hỏng, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì.
3. Nhu cầu công nghiệp: “động lực thiết yếu” cho sự chuyển đổi và nâng cấp của ngành sản xuất
1. Sự phát triển của các phương pháp sản xuất-quy mô nhỏ và đa dạng
Khi nhu cầu cá nhân hóa trên thị trường tiêu dùng tăng lên, hoạt động sản xuất khuôn mẫu đang thay đổi từ "sản xuất tiêu chuẩn hóa quy mô lớn{0}}" sang "sản xuất tùy chỉnh quy mô nhỏ". In 3D kim loại rất phù hợp để sản xuất các lô nhỏ vì không cần mở khuôn. Ví dụ: một công ty sản xuất thiết bị y tế sử dụng công nghệ in 3D để tạo khuôn cho bộ phận cấy ghép chỉnh hình và nhanh chóng tạo ra các mô hình độc đáo từ dữ liệu CT để phù hợp với nhu cầu cụ thể của từng bệnh nhân. Điều này giúp giảm 70% chi phí khuôn.
2. Mục tiêu cuối cùng về hiệu suất trong-lĩnh vực sản xuất cao cấp
Hiệu suất của khuôn cần phải tốt hơn trong các lĩnh vực-cao cấp như hàng không vũ trụ và phương tiện sử dụng năng lượng mới. Ví dụ:
Hàng không vũ trụ: C919, một chiếc máy bay lớn được sản xuất tại Trung Quốc, sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo vòi phun nhiên liệu, giúp giảm 25% trọng lượng và tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu thêm 15%.
Xe năng lượng mới: In 3D khuôn gói pin giúp kênh làm mát tốt hơn, giúp nhiệt độ pin đồng đều hơn 20% và kéo dài tuổi thọ của pin thêm 30%.
3. Nhu cầu sản xuất cục bộ trong quá trình tái cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu
Căng thẳng thương mại và khủng hoảng địa chính trị càng khiến chuỗi cung ứng toàn cầu trở nên bất ổn hơn. Để tự bảo vệ mình, doanh nghiệp cần nhanh chóng dịch chuyển sản xuất về địa phương. In 3D kim loại là một công nghệ quan trọng để tổ chức lại chuỗi cung ứng vì nó có thể "sản xuất phân phối". Ví dụ: một nhà sản xuất ô tô ở Châu Âu có thể giao khuôn trong "48 giờ" bằng cách sử dụng thiết bị in 3D ở quốc gia của họ thay vì dựa vào các nhà cung cấp từ các quốc gia khác.