מהם היישומים של התכת מיטת אבקת לייזר (LPBF) בייצור עובש?

1. עקרון טכני: האינטראקציה בין מיקרו בקרה ועיצוב מאקרו
החלק העיקרי של טכנולוגיית LPBF הוא היכולת לתמרן את מיטת אבקת המתכת בצורה מדויקת מאוד. ישנם שלושה שלבים בזרימת התהליך:
פיזור האבקה: המגרד מפזר את אבקת המתכת בצורה אחידה על פני הפלטפורמה, ויוצר שכבת אבקה בעובי של 20-100 מיקרומטר. צפיפות האבקה מושפעת ישירות מגודל החלקיקים. לדוגמה, שיטת האלקטרודה המסתובבת הפלזמה (PREP) מייצרת אבקת Ti-6Al-4V בעלת כמות נמוכה של אבקה עדינה וזורמת היטב. צפיפות האבקה יכולה להגיע ל-55%-60%, וזה הרבה יותר טוב מהליך פיצול הגז (GA).
קרן לייזר-באנרגיה גבוהה (100-1000W) סורקת את שכבת האבקה לאורך נתיב מוגדר, ומעלה את הטמפרטורה המקומית מעל נקודת ההיתוך מיד. זה יוצר בריכה מותכת שמתמצקת במהירות. ניתן לשנות את עוצמת הלייזר (135-500W), מהירות הסריקה (900-2000 מ"מ/שניה) ועובי השכבה (30-50 מיקרומטר) כדי לקבל את הגודל הנכון עבור בריכת ההיתוך (רוחב 50-150 מיקרומטר, עומק 10-50 מיקרומטר) וקצב הקירור (10 ⁁-10 שניות). זה ישפר את המיקרו-מבנה.
שכבה אחר שכבה ערימה: בצע את מחזור פיזור והמסת האבקה שוב ושוב עד שיש לך חלק מוצק תלת מימדי. הליך זה אינו זקוק לתבניות או כלי חיתוך, והוא יכול ליצור "עיצוב חופשי". זה טוב במיוחד למבנים שקשה לעבוד איתם בשיטות סטנדרטיות, כמו חללים עמוקים, צורות לא סדירות וקירות דקים.
2. היתרון העיקרי הוא: התגברות על ארבע הבעיות העיקריות בייצור תבניות בדרך הישנה-
יצירה משולבת של מבנים מסובכים
LPBF יכול להכין מנות עובש שצריך לעבד ולהרכיב בנפרד בשיטות מסורתיות. לדוגמה, עסק אחד של צמיגים השתמש בטכנולוגיית LPBF לייצור בלוקים של תבנית גומי. זה חתך את התהליך הטיפוסי, שלקח 12 שלבים ו-45 ימים להשלמתו, ל-12 ימים עבור חתיכה אחת והכפיל את היעילות של ייצור חלקים רבים בבת אחת. חיי התבנית שופרו ל-200,000 פעמים, ושגיאת ההרכבה נחתכה מ-0.1 מ"מ ל-0.02 מ"מ.
שיפור מערכת הקירור הקונפורמית
LPBF יכול ליצור מעגל מי קירור בתוך התבנית המתאים לצורת המוצר באמצעות עיצוב אופטימיזציה של טופולוגיה. לאחר תכנון מעגל מים קונפורמי עבור תבנית הזרקה של מעטפת מיזוג אוויר בחברת מוצרי חשמל ביתיים מסוימת, יעילות הקירור עלתה ב-42%, שיעור עיוות המוצר ירד ב-67%, ומערכת בודדת של תבניות חסכה יותר מ-120,000 יואן בעלויות החשמל מדי שנה.
שילוב קל משקל ופונקציונלי
LPBF מסייע בעיצוב קל משקל, כולל מילוי סריג ובניית סריג. LPBF יצרה את תושבת ערכת הסוללות עבור רכב אנרגיה חדש מסוים מסגסוגת אלומיניום. זה הופך אותו לקל יותר ב-38% ועובר בדיקת עומס יתר של 150%, מה שמגדיל את הטווח ב-8%. טכניקה זו יכולה גם לשלב מודולים פונקציונליים כמו חיישנים וגופי חימום כדי לגרום ל"ציוד עובש" לעבוד יחד.
איטרציה וייצור מהירים המותאמים לצרכים שלך
ל-LPBF אין צורך בהכנת עובש, ושינוי העיצוב דורש רק שינוי הדגם הדיגיטלי. זה מקצר את הזמן שלוקח לבצע מחקר ופיתוח. חברה רפואית השתמשה ב-LPBF לייצור תבניות שתלים אורטופדיות בהתאמה אישית. ההליך ארך רק 72 שעות מהתכנון ועד למסירה, שהיה מהיר ב-80% מהשיטות הקודמות. זה גם איפשר אימות של מספר פתרונות בו זמנית.
3. מקרה שימוש נפוץ הוא: מייצור-מתקדם ועד לייצור המוני באזור התעופה והחלל
LPBF שימש בהצלחה לייצור תבניות עבור חלקים שצריכים לעבוד בטמפרטורות ולחצים גבוהים, כמו תאי בעירה של מנוע ורדיאטורים של טורבינות. לדוגמה, Fraunhofer IGCV בגרמניה משתמש בחלקי הדגמה של מנועי רקטות מתוצרת LPBF-. אזור החשיפה לטמפרטורה גבוהה- עשוי מסגסוגת נחושת כדי להפוך את המנוע לחסכוני יותר באנרגיה, החלק הנושא-עומס עשוי מפלדה בעלת חוזק- גבוה כדי להפוך אותו לאמין יותר, וסנפירי הנחושת החיצוניים משרתים גם פונקציות קירור וגם תמיכה. חלקים אלה קלים יותר ב-30% ואמינים יותר ב-25% ממנועים מסורתיים.
עסקי הרכב
LPBF מגדילה מאוד את יעילות הייצור בייצור תבניות חיוניות כולל תבניות יציקה-תבניות ותבניות הזרקה על ידי אופטימיזציה של תעלות מי קירור ושימוש בעיצובים קלים. תבנית יציקה של סגסוגת מגנזיום- המיוצרת על ידי ספק חלקי רכב המשתמשת ב-LPBF מחזיקה מעמד ל-200,000 מחזורים, שהם פי שלושה מתבניות מסורתיות. מפעל תבניות פגושים משתמש בטכנולוגיית פיזור אבקה במהירות גבוהה- כדי להאיץ את תהליך הכנת סט יחיד של תבניות מ-18 יום ל-11 ימים, מה שחוסך 15% מהעלות.
שירותי בריאות ואלקטרוניקה
LPBF נהדר להכנת תבניות קטנות ומדויקות. לדוגמה, מפעל מסוים של תבניות מוצר 3C מייצר תבניות מסגרת לטלפונים ניידים באמצעות טכנולוגיית μ-LPBF (דיוק הדפסה של 2-5 מיקרומטר), עם גודל תכונה מינימלי של 50 מיקרומטר וחספוס פני השטח של Ra<0.8 μm, which meets optical grade standards. A dental company uses LPBF to make personalized invisible appliance molds, and by optimizing the design of the topology, it improves the uniformity of orthodontic force distribution by 40% and raises the patient adaptation rate from 85% to 98%.
4. מגמת תעשייה: שילוב טכנולוגיות ובנייה מחדש של הסביבה
יצירת מבנים עם מספר חומרים ושיפועים
LPBF יכול ליצור תבניות חומר הטרוגניות או שיפועיות על ידי ניהול מערכת אספקת האבקה. לדוגמה, חברה מסוימת ייצרה תבנית שיפוע בכיוון XY שמשתמשת בסגסוגת-על בסיס ניקל באזור-הטמפרטורה הגבוהה כדי להפוך אותה לעמידה בחום- וסגסוגת נחושת באזור הקירור כדי לשפר אותה בהולכת חום. האיכויות המכניות והתרמיות מייצרות מעבר חלק, והיעילות גבוהה ב-50% מזו של תבניות מרוכבות רב-שכבתיות סטנדרטיות-.
שיפור תהליכים חכם וניהול תקלות
LPBF יכול לחזות מתח שיורי ועיוות בזמן אמת על ידי שימוש הן במודלים של צימוד מכני תרמי והן בשיטות למידת מכונה. לדוגמה, מודל האלמנטים הסופיים של Autodesk מדגים את שדות הטמפרטורה והלחץ המתרחשים במהלך סריקת לייזר. הוא שומר על שונות ביצועי המתיחה הרדיאלית וההיקפית של להבי טורבינה מסגסוגת טיטניום מתחת ל-5% ומאריך את חיי העייפות שלהם ב-30%.
ייצור ירוק וכלכלה מעגלית
לחומר LPBF יש שיעור ניצול של 90%, שהוא 40 נקודות אחוז גדול יותר מייצור חיסור סטנדרטי. חברה אחת העלתה את שיעור מיחזור האבקה ל-85% והפחיתה את העלות של סט יחיד של חומרי עובש ב-20% על ידי שימוש חוזר באבקה שלא נמסה והקרנה שלה. LPBF גם עומד בתקנות ייצור ירוק כמו "תעריף הפחמן" של האיחוד האירופי מכיוון שהוא אינו משחרר שום נוזל חיתוך וצורך מעט מאוד אנרגיה.