האם הדפסת מתכת תלת מימדית יכולה לייצר ישירות חללי עובש?

一, היתכנות טכנית: מעבר מהמעבדה לקו הייצור
1. כיסוי מלא של מערכת החומרים
הדפסת תלת מימד מתכת יכולה כעת לעבוד עם כל החומרים המשמשים בדרך כלל לייצור תבניות. לדוגמה, טכנולוגיית לייזר התכה של מיטת אבקה (LPBF) עשויה להדפיס חומרי עובש קלאסיים כולל פלדת כלי H13, פלדת עובש P20 ופלדה מרטנסיטית 1.2709. על ידי כוונון עדין- של הגדרות התהליך, מדדים חשובים כמו קשיות, קשיחות ועמידות בפני שחיקה של חלקים מודפסים תאמו או חרגו מהמפרטים של חומרי פרזול. לדוגמה, חברה אחת השתמשה בטכנולוגיית LPBF כדי ליצור חורי עובש מפלדת H13. הקשיות עלתה ל-52HRC לאחר טיפול בחום, וחיי העייפות התרמית היו ארוכים ב-40% מאשר בעיבוד טיפוסי. זה יכול להתמודד עם יותר מ-500,000 מחזורים של הזרקה.
הדפסת תלת מימד מתכת הראתה כבעלת יתרונות מיוחדים בתחום החומרים הספציפיים. מכיוון שאנשים רצו חומרים שהם גם מוליכים מאוד וגם עמידים בפני קורוזיה, החברה יצרה תהליך הדפסת סגסוגת-על נחושת. לתהליך זה יש מקדם מוליכות תרמית של עד 380W/(m · K), שהוא גבוה ב-25% מתבניות מסורתיות של נחושת בריליום. מכיוון שאנשים רצו חומרים קלים, טכנולוגיית ההדפסה של סגסוגת אלומיניום וסגסוגת טיטניום יכולה להפחית את משקל העובש ב-30% עד 50% תוך שמירה על חוזק המבנה.
2. התקדמות בלתי מוגבלת במורכבות המבנית
ייצור עובש מסורתי מוגבל על ידי הגבולות הגיאומטריים של עיבוד חיסור. כדי ליצור מבנים מורכבים, יש להשתמש בשיטות כמו פיצול, שחבור וריתוך, מה שהופך את התבניות לפחות מדויקות ומקצר את אורך החיים שלהן. הדפסת תלת מימד מתכת יכולה ליצור כל צורה מסובכת מיד, במיוחד חדשות כמו תעלות קירור קונפורמיות, פלדה נושמת ומילוי מטריצת נקודות.
לדוגמה, שיטות קידוח מסורתיות יכולות ליצור רק תעלות מים בצורת קו ישר או פשוט-. לעומת זאת, הדפסה תלת-ממדית יכולה ליצור תעלות מים לא סדירות כמו ספירלה, ענפי עץ וצורות ביומימטיות של ורידי עלים, מה שיכול לשפר את יעילות הקירור ביותר מ-40%. לאחר שימוש בעיצוב תעלה אופטימלי לטופולוגיה עבור תבנית לרצועה דקורטיבית עבור משקוף דלת מכונית, הזמן שלקח לייצור חתיכה אחת ירד מ-120 שניות ל-75 שניות, ושיעור התשואה ירד מ-89% ל-98%. חברות שמייצרות פלדה נושמת הצליחו לנהל במדויק את הצמצם של 0.04 מ"מ באמצעות טכנולוגיית הדפסת שכבות נקבוביות. זה שילש את יעילות הפליטה של ​​תבניות ותיקן בעיות כמו קווי ריתוך ובועות שקורות כאשר גז נכלא.
3. שיפור מתמיד של איכות המשטח והדיוק
הדפסת מתכת תלת-ממדית מוקדמת התקשתה לעמוד בדרישות הדיוק-הגבוהות של ייצור עובש מכיוון שכוח ההדבקה בין השכבות לא היה חזק מספיק והמשטח היה מחוספס מדי. אבל בעיה זו תוקנה הודות להתקדמות טכנית. נכון לעכשיו, מכונות הדפסה תלת-ממדיות מתכת מתכת-יותר יכולות לייצר חלקים עם דיוק ממדי של ± 0.05 מ"מ וחספוס פני השטח של Ra פחות או שווה ל-1.6 מיקרומטר. בשימוש עם ליטוש, התזת חול ושלבים אחרים, זה יכול להפוך את פני השטח לחלקים כמו מראה.
לדוגמה, טכנולוגיית TrueShape של Mantle משתמשת בשילוב של "3-צירי עיבוד CNC+ציור והדפסה+עיצוב תוכנה" כדי ליצור חללי תבניות בצורה מדויקת מאוד. תהליך זה מדפיס חלל תבנית פלדה H13 עם חספוס פני השטח Ra של 0.8 מיקרומטר בלבד, מה שאומר שניתן להשתמש בו עבור הזרקה מבריקה מיידית ללא צורך בליטוש תחילה. טכנולוגיה זו מאפשרת גם הדפסה מרוכבת של-חומרים, שיכולה לשים ציפויים עמידים בפני שחיקה על פני התבנית. זה יכול לגרום לתבנית להחזיק מעמד יותר מפי שלושה משיטות מסורתיות.
2, תרגול תעשייתי: מבדיקת רעיונות ועד לשימוש בהם בקנה מידה גדול
1. תבניות לרכב: מהפכה כפולה בעלות וביעילות
הדפסת מתכת תלת-ממדית עברה מעבר לשלב אימות הרעיון לשימוש-בקנה מידה גדול בתחום התבניות לרכב. חברה אחת המייצרת מכוניות משתמשת בטכנולוגיית LPBF לייצור תבניות לראשי צילינדר מנוע. מחזור ההזרקה קצר ב-37.2% והעלות של כל פריט נמוכה ב-22% כאשר העיצוב של תעלת מי הקירור הקונפורמית משופר. מה שעוד יותר מרשים הוא שהטכנולוגיה הזו יכולה "לעצב-פעם אחת" מבלי להמתין לפתיחת התבנית. זה מקצץ את הזמן שלוקח לפתח מוצרים חדשים מ-6 חודשים ל-2 חודשים ומזרז בהרבה את זמן התגובה בשוק.
הדפסת תלת מימד מתכת עובדת מצוין גם לייצור תבניות קלות משקל. חברת רכבי אנרגיה חדשה מסוימת מייצרת תבניות למגשי סוללות באמצעות טכנולוגיית הדפסה מסגסוגת אלומיניום. משקל התבנית נחתך ב-45%, והאנרגיה המשמשת להזרקה נחתכת ב-18%, כל זאת תוך שמירה על חוזק התבנית. התבנית עברה 200,000 מחזורי הזרקה, והיא פועלת היטב ומהימנה.
2. תבניות רפואיות: הדרך הטובה ביותר להכין דברים בדיוק איך שאתה רוצה אותם
מקצוע הרפואה זקוק לתבניות מאוד ספציפיות ואינדיבידואליות, והדפסת תלת מימד מתכת היא הדרך הטובה ביותר לעשות זאת. חברה המייצרת תבניות לשתלים אורטופדיים משתמשת בטכנולוגיית הדפסה מסגסוגת כרום קובלט לייצור תבניות "ספציפיות למטופל". מודל דיגיטלי של העובש נעשה מיד על ידי קבלת נתוני עצם מהמטופל באמצעות סריקת CT. התבנית יכולה להיות מדויקת עד 0.02 מ"מ לאחר הדפסת תלת מימד, מה שאומר שהיא מתאימה בדיוק לגוף המטופל. טכניקה זו שימשה ביותר מ-5,000 פרוצדורות, והיא קיצצה את הזמן שלוקח למטופלים להתאושש לאחר הניתוח ב-30% ואת מספר הסיבוכים לפחות מ-1%.
להדפסת תלת מימד מתכת יש יתרונות ברורים גם בתחום תבניות מכשור רפואי. חברה מסוימת מייצרת תבניות סטנטים ללב באמצעות טכנולוגיית הדפסה מסגסוגת טיטניום. הסיכון לפקקת מופחת מאוד על ידי הפיכת משטח חלל העובש לחלק ככל האפשר, מה שמוריד את חספוס פני הסטנט Ra ל-Less of שווה ל-0.2 מיקרומטר. תבנית זו אושרה על ידי ה-FDA והיא תבנית הסטנטים ללב מודפסת-תלת-ממדית הראשונה בעולם.
3. תבניות תעופה וחלל: השימוש הטוב ביותר בחומרים-בעלי ביצועים גבוהים
תעשיית המטוסים זקוקה לתבניות שיכולות להתמודד עם טמפרטורות גבוהות, חזקות מאוד והן קלות מאוד. הדפסת תלת מימד מתכת היא דרך חדשה לעשות זאת. חברה מסוימת מייצרת תבניות עבור להבי מנועי מטוסים תוך שימוש בטכנולוגיית הדפסת סגסוגת מבוססת ניקל-. משקל התבנית נחתך ב-35% על ידי אופטימיזציה של מבנה מילוי הסריג, והוא נשאר יציב בטמפרטורה גבוהה של 1200 מעלות. התבנית עברה 2000 בדיקות מחזור תרמי, והביצועים שלה טובים בהרבה מאלו של תבניות יציקה טיפוסיות.
הדפסת תלת מימד מתכת עובדת היטב גם לייצור תבניות לחלקי לווין. חברה אחת מייצרת תבניות תושבת לווין באמצעות טכנולוגיית הדפסה מסגסוגת אלומיניום. על ידי שימוש בתכנון אופטימיזציה של טופולוגיה, משקל התבניות נחתך ב-60% תוך כדי יכולת להחזיק את משקלן, מה שמוריד את עלות שיגור הרקטות. תבנית זו שימשה לייצור יותר מ-10 לוויינים, והיא פועלת היטב ובעקביות.