Může kovový 3D tisk snížit zmetkovitost při výrobě forem?

一, Problém odpadu v tradiční výrobě forem: dvojitý problém plýtvání materiálem a ztrátou účinnosti
Přístup „subtraktivního zpracování“ se používá v tradiční výrobě forem. To znamená, že materiály jsou pomalu odebírány řadou kroků, jako je soustružení, frézování, hoblování a broušení, dokud není dosaženo požadovaného tvaru. Tento proces má tři klíčové strukturální problémy:
Nízká spotřeba materiálu: Například při výrobě-licích forem pro hlavy válců automobilových motorů typické metody vyžadují zpracování celého ocelového ingotu do formy, která může odebrat až 70 % materiálu. Na základě čísel od jedné společnosti jejich lisovna spotřebuje 1200 tun oceli ročně. Z toho se 840 tun promění v odpadky a pouhých 360 tun v užitečné věci.
Od přípravy surovin až po dodání konečného produktu trvá 12 až 15 kroků. Výroba jedné sady forem může trvat až 2 až 3 měsíce. Projekt vývoje formy na baterie pro konkrétní společnost zabývající se novými energetickými vozy byl odložen o osm měsíců, protože musel být několikrát předěláván. Společnost to stálo více než 20 milionů juanů.
Obtížné konstrukční limity: Je obtížné vyrobit formy s komplikovanými vlastnostmi, jako jsou konformní chladicí kanály a lehké mřížové konstrukce, pomocí tradičních metod. Aby bylo možné vyrobit formy vzorových bloků, musí určitý podnik v oblasti pneumatik rozdělit celou pneumatiku na více než 20 sekcí a pracovat na každé z nich nezávisle, než je všechny složí dohromady. Nejenže to zvyšuje množství odpadu, ale také to činí formu méně přesnou.
2, Průlom kovového 3D tisku: posun paradigmatu od „subtraktivního“ k „aditivnímu“
Kovový 3D tisk vytváří trojrozměrné{1}}objekty skládáním kovových prášků nebo drátů na sebe, což je zcela v rozporu s tím, jak se věci obvykle dělají. Ukazuje také tři hlavní výhody pro nakládání s odpady:
1. Velký skok v míře využití materiálu: z 30 % na 90 %
Při ručním vytváření složitých struktur, jako jsou dutiny forem a chladicí kanály, je potřeba velké množství přídavků na obrábění, což vede ke spoustě plýtvání materiálem. 3Technologie D tisku přímo řídí výrobu pomocí modelů CAD a využívá pouze tolik materiálu, kolik je samotných dílů. Pomocí technologie SLM vyrobila konkrétní společnost formu skořepiny elektrického pohonu z hliníkové slitiny, která využívá 92 % materiálu namísto 35 %, které používají standardní metody. To ušetří 180 kilogramů materiálu z hliníkové slitiny na každou sadu forem.
Ještě důležitější je, že 3D tisk umožňuje návrh „optimalizace topologie“, který může spotřebovat méně materiálu a přitom je stále pevný. Jistá letecká společnost použila optimalizaci topologie k výrobě formy pro podpěru křídla z titanové slitiny, která je o 30 % lehčí a používá o 45 % méně materiálu, přičemž stále funguje stejně.
2. Schopnost vytvářet složité struktury: zbavit se základního zdroje odpadu
Běžným případem použití 3D tisku ke snížení odpadu je konformní chladicí kanál, se kterým je obtížné pracovat pomocí tradičních metod. Vybudováním spirálových a biomimetických dendritických chladicích kanálů uvnitř formy, které dokonale odpovídají tvaru výrobku, lze účinnost chlazení zvýšit více než třikrát. Jistá společnost vyrobila-licí formu pro bateriovou přihrádku nových energetických vozidel. Využívá 3D tištěný konformní vodní okruh, který zkracuje chladicí cyklus ze 45 sekund na 18 sekund, zvyšuje míru kvalifikace produktu z 92 % na 99,5 % a ušetří 12 tun ocelového odpadu snížením počtu zkušebních forem.
Schopnost vytvářet 3D tištěné mřížové struktury je také důležitá v oblasti lehkého designu. Konkrétní firma vyrobila vstřikovací formu pro elektrické nářadí. Vytvořením duté šestiúhelníkové mřížové struktury v oblasti, která nenese váhu, se hmotnost formy snížila o 25 %, množství použitého materiálu se snížilo o 30 % a doba potřebná k vychladnutí se zkrátila o 15 %, protože mohla pojmout méně tepla.
3. Rychlé ověření opakování: snížení množství odpadu produkovaného během zkušební výroby
Chcete-li vyrobit tradiční formu, musíte projít několika koly zkušebních výrobních modifikačních cyklů a každá zkušební výroba vytváří velké množství odpadu. Automobilový průmysl pracoval na nové formě přístrojové desky pro nový model automobilu, ale první tři kola zkušebních forem musela být vyhozena kvůli konstrukčním chybám. Vzniklo tak 45 tun odpadu. Cyklus „testu návrhu tisku“ může proběhnout rychle s technologií 3D tisku. Poté, co jedna společnost začala používat tuto techniku, se cyklus tvorby forem prodloužil z 6 měsíců na 6 týdnů, počet zkoušek forem se zvýšil z 5 na 2 a míra odpadu klesla o 70 %.
3, Technologický pokrok a spolupráce mezi průmyslovými odvětvími: urychlení rozvoje odpadového hospodářství 3D tisku
3D tisk nabízí mnoho příslibů pro nakládání s odpady, ale stále musí překonat tři velké problémy, než bude možné jej použít v širokém měřítku:
Inovace materiálu: Je důležité vyrábět specializované práškové materiály, které jsou levné a dobře fungují. Jistá společnost vyrobila práškovou ocel H13 vyztuženou nano karbidem wolframu, díky čemuž byla forma tvrdší (HRC 60) při zachování její houževnatosti. To snížilo ceny materiálu o 40 % ve srovnání s dováženými produkty.
Standardizace procesů: Je velmi důležité nastavit jednotnou knihovnu parametrů tisku a systém kontroly kvality. Jedna společnost vytvořila program automatického generování podpory e-stage pro Metal+, který může snížit spotřebu podpůrných materiálů o 35 % a zvýšit míru obnovitelnosti prášku na 98 %.
Spolupráce v průmyslovém řetězci: Výrobci zařízení, dodavatelé materiálů a výrobci forem musí spolupracovat, aby vytvořili kompletní řešení, které zahrnuje „hardware, materiály a služby“. Společnost vydala zařízení UM600MT, které má tvarovací velikost 400 mm × 600 mm × 500 mm. Tato velikost je dostatečně velká na tisk velkých forem na auta. Databáze procesů, která to podporuje, má více než 200 často používaných materiálových vlastností.