Proč je optimalizace systému chlazení forem vhodná pro kovový 3D tisk?

一, Konstrukční problém se standardními chladicími systémy: přechod od „přímého vrtání“ k „tepelné nerovnováze“.
Klasický způsob chlazení forem využívá techniku ​​příčného vrtání obráběcích strojů a okruh chladicí vody je obvykle přímá nebo lomená. Tento design má tři hlavní problémy:
Přímý kanál nezapadá do složitého zakřiveného povrchu dutiny formy, což činí chladicí vzdálenosti nerovnoměrné. Například, když forma na nárazník auta používá typický kanál, teplotní rozdíl na povrchu jádra přesáhne 45 stupňů, doba lokálního chlazení se prodlouží o 30 % a míra deformace produktu je až 8 %.
Koncentrace tepelného napětí: Jádro formy se nerovnoměrně ochlazuje, což způsobuje teplotní rozdíly, které přispívají ke vzniku trhlin z tepelné únavy. Po roce 2000 po sobě jdoucích výrobě se jisté-licí formě zlomilo jádro, protože se na jednom místě příliš zahřála. Náklady na údržbu činily 35 % z celkové ceny formy.
Spousta plýtvaného materiálu: Při tradičním řemeslném zpracování musí být vyhrazena plocha pro zpracování vodních toků a formy musí být vyrobeny samostatně, než se dají dohromady. Když daná forma pro list leteckého motoru používá tradiční technologii, rychlost řezání materiálu se zvýší až na 72 %. Pokud dojde k chybám při montáži, zvýší se pravděpodobnost ucpání okruhu chladicí vody o 20 %.
2, technologie kovového 3D tisku udělala velký krok vpřed: od „pasivní adaptace“ k „aktivnímu designu“
Procesy tavení a vrstvení vrstvy po vrstvě při 3D tisku kovů zcela mění způsob, jakým jsou navrhovány tradiční chladicí systémy. Jeho hlavní výhody se projevují následujícími způsoby:
1. Flexibilní okruh chladicí vody, který umožňuje velmi přesně nastavit teplotní pole
Kovový 3D tisk dokáže vytvořit konformní okruh chladicí vody, který dokonale zapadá do tvaru dutiny formy. Kónický spirálový konformní kanál, který Bastech postavil pro průmyslovou montáž, byl vylepšen pomocí softwaru Cimatron. Povrchová plocha vodní cesty byla zvětšena z 24,2 čtverečních palců na 52,2 čtverečních palců a účinnost chlazení vzrostla o 116 %. Skutečné výsledky testů ukazují, že doba chlazení formy se zkrátila z 10,5 sekund na 7,5 sekund, doba cyklu se zkrátila o 14 % a míra zmetkovitosti produktu klesla z 5,2 % na 0,8 %.
2. Struktura optimalizace topologie: řešení konfliktu mezi "pevností materiálu"
Aby se zajistilo, že jsou pevné, tradiční formy potřebují masivní struktury. Kovový 3D tisk může na druhé straně vytvářet lehké interiérové ​​konstrukce pomocí optimalizace topologie. Například nová forma pro bateriový box elektrického vozidla má mřížkovou strukturu, která snižuje hmotnost o 42 % při zachování stejné pevnosti. Také přidává o 60 % více prostoru pro okruh chladicí vody a zkracuje cyklus vstřikování o 25 %.
3. Multi-kompozitní tisk: umožňuje „funkční gradientní chlazení“.
Pokročilé kovové 3D tiskové stroje mohou nanášet různé materiály v gradientu. Například forma pro lopatku turbíny leteckého motoru používá kompozitní strukturu „povrch z měděné slitiny s vysokou tepelnou vodivostí + jádro z vysoce-titanové slitiny“. Díky tomu je povrchová teplota formy o 30 % rovnoměrnější a vydrží 2,3krát déle než tradiční procesy.
3, Analýza nákladů-přínosů: od „vysoké jednotkové ceny“ po „výhodu celého životního cyklu“
I když jsou zařízení a materiály pro kovový 3D tisk drahé, výhoda nákladů na celý životní cyklus je značná v situacích, kdy potřebujete vyrobit malý počet položek s vysokou -hodnotou-:
1. Náklady na materiály: od „70 % odpadu“ po „95 % využití“
Výroba formy obvykle vyžaduje 60 až 75 % materiálu, zatímco kovový 3D tisk využívá více než 95 % materiálu. Například výroba formy pro lékařský implantát tradičními metodami vyžaduje 12 kg polotovarů ze slitiny titanu, zatímco 3D tisk potřebuje pouze 1,8 kg prášku, což ušetří 85 % materiálu.
2. Náklady na zpracování: od „více-procesní spolupráce“ po „integraci jednoho zařízení“.
Výroba tradiční formy vyžaduje 12 kroků, jako je CNC frézování, obrábění elektrickým výbojem a řezání drátem. Celý proces může trvat 4–6 týdnů. Jediný stroj dokáže přímo 3D tisknout kov a s trochou přesného obrábění může získat drsnost povrchu Ra0,8 μm. Skutečné testy společnosti Bastech odhalují, že 3D tištěné formy zaberou o 80 % méně času na programování a výrobu než tradiční metody a náklady na zpracování jednoho kusu jsou o 40 % nižší.
3. Skryté náklady: Od „kompromisu designu“ po „rychlou iteraci“
Otevřít tradiční formu stojí hodně, a pokud chcete změnit design, budete muset vyrobit nový, který stojí 30 % až 50 % původních nákladů. Kovový 3D tisk usnadňuje rychlou přeměnu počítačových modelů na skutečné formy. Prostřednictvím 3D tisku zkrátil podnik se spotřební elektronikou čas potřebný k provedení změn na produktu ze tří měsíců na dva týdny. To jim umožňuje využít tržní příležitosti a zároveň ušetřit 6 milionů juanů na výdajích na pokusy a omyly.
4. Průmyslová ekologická rekonstrukce: přechod od „technologické náhrady“ k „modernizaci paradigmatu“
Kovový 3D tisk mění průmysl forem tím, že spojuje integraci „služeb designové výroby“:
Spolupráce v softwarovém ekosystému: Cimatron, Moldex3D a další nástroje umožňují plně digitalizovat proces „generování tiskové cesty optimalizace návrhu simulace chlazení“. Například společnost B&J Specialty pomocí modelování Moldex3D zjistila, že standardní formy mají teplotní rozsah 132 stupňů, ale 3D-vytištěné konformní kanály udržují teplotní rozsah 18 stupňů.
3D Systems, Platinum Technology a další společnosti vyrobily speciální prášky, jako je martenzitická stárnoucí ocel a formovací ocel 18Ni300. Tyto nové materiály mají o 20 % vyšší tepelnou vodivost a 3krát vyšší odolnost proti únavě než tradiční materiály.
Upgrade servisního modelu: Místo prodeje „hardwaru“ nyní výrobci zařízení prodávají „výstup řešení“. Bolite začal nabízet řešení, které kombinuje „databázi zařízení, materiálů a procesů“. Cena vlastního prášku z titanové slitiny klesla od roku 2020 o 50 % a platforma Internet of Things umožnila varovat před poruchami zařízení, což zvýšilo procento příjmů ze služeb na 30 %.