Μπορούν να κατασκευαστούν καλούπια-μεγάλου μεγέθους μέσω μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης;

1. Ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στην-μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλης κλίμακας: από το εργαστήριο στο εργοστάσιο
Η κύρια ιδέα πίσω από την τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων είναι να στοιβάζονται μεταλλικά υλικά το ένα πάνω στο άλλο και να χρησιμοποιούνται δέσμες{{1} υψηλής ενέργειας όπως λέιζερ ή δέσμες ηλεκτρονίων για την απευθείας κατασκευή περίπλοκων δομών. Όσον αφορά την κατασκευή μεγάλων καλουπιών, έχουν σημειωθεί μεγάλες πρόοδοι σε τρεις τομείς:
Επέκταση της μορφής του εξοπλισμού
Ο εξοπλισμός λέιζερ ραδίου LiM-X1500H μπορεί να διαμορφώσει κομμάτια με μέγεθος 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Μπορεί να εκτυπώσει ταυτόχρονα στρογγυλά και τετράγωνα τμήματα κινητήρων αεροσκαφών. Υπάρχουν πολλές κοίλες κατασκευές και ενισχυτικές νευρώσεις σε αυτό το τμήμα. Οι παραδοσιακές διαδικασίες χρειάζονται επεξεργασία μπλοκ και μάτισμα, ενώ η τεχνολογία SLM μειώνει τον κύκλο παραγωγής κατά περισσότερο από 50% και χρησιμοποιεί περισσότερο από το 90% του υλικού μέσω ολοκληρωμένης χύτευσης. Το πιο σημαντικό είναι ότι ο εξοπλισμός του LiM-X800H+, ο οποίος κυκλοφόρησε το 2024, έχει ύψος σχηματισμού καθαρού 2,5 μέτρα και ήταν σε θέση να κατασκευάσει σπειροειδή δομικά στοιχεία από κράμα τιτανίου με μέγεθος 418 mm × 362 mm × 2210 mm. Αυτό αποδεικνύει ότι ο εξοπλισμός είναι αρκετά σταθερός ώστε να κατασκευάζει μεγάλα και ελαφριά εξαρτήματα.
Συνεργασία μεταξύ πολλών λέιζερ και βελτίωση της διαδικασίας
Ο έλεγχος της θερμικής καταπόνησης αποτελεί πρόβλημα για-εκτυπώσεις μεγάλης κλίμακας. Κατά την εκτύπωση πλαισίων αεροπλάνων από κράμα τιτανίου άνω των 6-μέτρων, το λέιζερ Leiming υιοθετεί την τεχνολογία συνεργασίας πολλαπλών-λέιζερ για να φτάσει το ποσοστό επικάλυψης σημείων λέιζερ στο 30%. Όταν χρησιμοποιείται με μια προσέγγιση δυναμικής διανομής σκόνης, αυτό μειώνει την υπολειπόμενη τάση κατά 40%, γεγονός που διασφαλίζει ότι οι διαστάσεις των εξαιρετικά μεγάλων εξαρτημάτων (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) είναι σωστές. Ο σχεδιασμός βελτιστοποίησης τοπολογίας του εναλλάκτη θερμότητας από κράμα αλουμινίου (569 mm × 527 mm × 512 mm) δείχνει επίσης πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία SLM για τον συνδυασμό του καναλιού ροής και της κύριας δομής. Αυτό δείχνει πόσο ευέλικτη είναι η μέθοδος για πολύπλοκα συστήματα ψύξης.
Καινοτομία στην υβριδική κατασκευή και μετα{0}}επεξεργασία
Η Laiming Laser έχει αναπτύξει μια λύση κατασκευής πρόσθετων πράσινων λέιζερ για υλικά υψηλής αντιμετάλλωσης, όπως ο καθαρός χαλκός. Αυτό το σύστημα έχει εκτυπώσει με επιτυχία θαλάμους ώσης καθαρού χαλκού και δομές πτερυγίων απαγωγής θερμότητας. Αυτή η μέθοδος υπερβαίνει το όριο απορρόφησης των κανονικών κόκκινων λέιζερ σε υλικά που αντιδρούν γρήγορα, καθιστώντας την εκτύπωση καθαρού χαλκού τρεις φορές πιο αποτελεσματική. Η τραχύτητα της επιφάνειας είναι Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Βιομηχανική χρήση μαζικής κατασκευής καλουπιών: από τη δοκιμή ιδεών έως την κατασκευή τους σε μεγάλες ποσότητες
Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλές-επιχειρήσεις υψηλής ποιότητας για την κατασκευή μεγάλων καλουπιών και η αξία της έχει αποδειχθεί μέσω πραγματικών-παραδειγμάτων:
Ελαφριά και λειτουργική ενσωμάτωση στην αεροδιαστημική
Η ανάγκη για ελαφριά πλαίσια drone στην οικονομία χαμηλού υψομέτρου-οδήγησε στη χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης μεγάλης-κλίμακας. Το Luming Laser χρησιμοποίησε το LiM-X260A για να εκτυπώσει ένα πλαίσιο drone από κράμα τιτανίου που είναι 153 mm × 153 mm × 25 mm και ζυγίζει λιγότερο από 0,3 kg. Η βελτιστοποίηση τοπολογίας μειώνει τον αριθμό των εξαρτημάτων και τον αριθμό των βημάτων στη διαδικασία παραγωγής από 12 σε 3. Ο κύκλος εκτύπωσης μειώνεται επίσης σε 5 ώρες. Αυτό το σενάριο δείχνει ότι η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να βρει μια ισορροπία μεταξύ βάρους και δομικής αντοχής, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για να λειτουργήσει καλύτερα ο εξοπλισμός του αεροσκάφους.
Ενεργειακός εξοπλισμός: συναρμολόγηση περίπλοκων συστημάτων ψύξης σε ένα κομμάτι
Ο σχεδιασμός του καναλιού ψύξης σε μεγάλα καλούπια εναλλάκτη θερμότητας έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση του εξοπλισμού πυρηνικής ενέργειας. Οι παραδοσιακές μέθοδοι χρειάζονται εκατοντάδες οπές ψύξης που ανοίγονται στο καλούπι. Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση, από την άλλη πλευρά, δημιουργεί ένα ομοιόμορφο κανάλι νερού ψύξης που μειώνει την απόσταση ροής ψυκτικού κατά 60% και ενισχύει την απόδοση μεταφοράς θερμότητας κατά 25%. Για παράδειγμα, η τεχνολογία SLM χρησιμοποιήθηκε για την εκτύπωση ενός καλουπιού για μια γεννήτρια ατμού πυρηνικής ενέργειας που είχε ένα κανάλι ψύξης νερού που είχε πλάτος μόνο 2 mm. Αυτό το καλούπι είχε ύψος 1,2 μέτρα και είχε ομοιόμορφο έλεγχο θερμοκρασίας, ο οποίος έλυνε το πρόβλημα της κόπωσης του υλικού που συμβαίνει όταν τα μέρη θερμαίνονται πολύ στις παραδοσιακές διαδικασίες.
Κατασκευή αυτοκινήτων: Γρήγορη πραγματοποίηση αλλαγών σε μεγάλα καλούπια
Τα περισσότερα καλούπια πάνελ αυτοκινήτου είναι μεγαλύτερα από 3 μέτρα και οι παραδοσιακές μέθοδοι χύτευσης χρειάζονται δοκιμαστικό κύκλο παραγωγής 6 έως 8 εβδομάδων. Και η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση μειώνει τον χρόνο που χρειάζεται για την κατασκευή ενός πυρήνα καλουπιού σε δύο εβδομάδες κατασκευάζοντάς τον απευθείας. Μια συγκεκριμένη μάρκα οχημάτων νέας ενέργειας χρησιμοποιούσε τεχνολογία DED για τη διόρθωση μεγάλων καλουπιών χύτευσης{6}}. Το ανθεκτικό στη φθορά στρώμα στην επιφάνεια του καλουπιού στερεώθηκε σε 48 ώρες με τροφοδοσία και τήξη σκόνης ταυτόχρονα. Το στρώμα επισκευής ήταν σκληρό HRC52, το οποίο είναι 20% σκληρότερο από την τυπική μέθοδο συγκόλλησης. Αυτό σημαίνει ότι το καλούπι δεν θα αλλάξει σχήμα λόγω της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα.
3. Τεχνολογικές προκλήσεις και μελλοντικές τάσεις: Από τις ανακαλύψεις σε ένα μόνο σημείο έως την αναδιάρθρωση του περιβάλλοντος
Παρόλο που η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων-μεγάλης κλίμακας έχει πολλές δυνατότητες, εξακολουθεί να έχει τρία μεγάλα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν για να χρησιμοποιηθεί ευρέως:
Έλεγχος κόστους και απόδοσης υλικών
Η κατασκευή καλουπιών χρειάζεται υλικά που έχουν σβήσει και σκληρυνθεί, αλλά η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να παγώσει γρήγορα τα υλικά, γεγονός που μπορεί να τα κάνει πιο εύθραυστα. Η λύση είναι να κάνετε-μαρτενσιτικό παλαίωμα χάλυβα χαμηλής καταπόνησης και να το επεξεργαστείτε με θερμότητα-για να γίνει δυσκολότερο στο 52HRC. Χρησιμοποιώντας την τεχνική εκτύπωσης ντεγκραντέ υλικού, τοποθετείται μια σκληρή επίστρωση στην επιφάνεια του καλουπιού, ενώ διατηρείται μια σκληρή μήτρα στην περιοχή του πυρήνα. Αυτό εξισορροπεί την αντοχή στη φθορά και την αντίσταση στην κρούση.
Δοκιμές για σταθερότητα και ποιότητα στη διαδικασία
Όταν εκτυπώνετε σε μεγάλη κλίμακα, η τοπική υπερθέρμανση ή η μόλυνση από σκόνη μπορεί να προκαλέσει αύξηση του ποσοστού σφάλματος. Η βιομηχανία πιέζει για-τεχνολογίες in situ παρακολούθησης, όπως ο εξοπλισμός LiM-X800H+ που συνδυάζει υπέρυθρες θερμικές εικόνες και συστήματα παρακολούθησης λιμνών λιμνών με λέιζερ ραδίου. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να αλλάξει την ισχύ του λέιζερ σε πραγματικό χρόνο και να μειώσει τον αριθμό των ελαττωμάτων από 3% σε 0,5%. Ταυτόχρονα, τα μοντέλα πρόβλεψης ελαττωμάτων που βασίζονται σε τεχνητή νοημοσύνη-μπορούν να βρουν παράγοντες κινδύνου εκ των προτέρων εξετάζοντας προηγούμενα δεδομένα εκτύπωσης, κάτι που βοηθά στη διατήρηση της ποιότητας ακόμα περισσότερο σταθερή.
Συνεργασία και τυποποίηση στη βιομηχανική αλυσίδα
Η κατασκευή τεράστιων καλουπιών απαιτεί συνδυασμό πολλών βημάτων, όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση, η κατεργασία με CNC και η θερμική επεξεργασία. Η GF Processing Solutions έχει λανσάρει μια λύση κατασκευής «υβριδικών ανταλλακτικών» που χρησιμοποιεί αυτοματοποιημένους σταθμούς εργασίας για να συνδυάζει απρόσκοπτα διαδικασίες αφαίρεσης και πρόσθετου. Αυτό μειώνει τον χρόνο που χρειάζεται για την κατασκευή καλουπιών κατά 40%. Η εισαγωγή του προτύπου ISO/ASTM 52921 θέτει επίσης πρότυπα για σημαντικούς παράγοντες όπως οι ανοχές διαστάσεων και η τραχύτητα της επιφάνειας για μεγάλης-κλίμακας μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στη βιομηχανία να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνολογία σε ευρεία κλίμακα.