Metal 3D baskı doğrudan kalıp boşlukları üretebilir mi?

一, Teknik fizibilite: Laboratuvardan üretim hattına geçiş
1. Malzeme sisteminin tam kapsamı
Metal 3D baskı artık genellikle kalıp yapımında kullanılan tüm malzemelerle çalışabiliyor. Örneğin, lazer toz yatağı eritme (LPBF) teknolojisi, H13 takım çeliği, P20 kalıp çeliği ve 1.2709 martensitik çelik dahil olmak üzere klasik kalıp malzemelerini basabilir. Proses ayarlarının-ince ayarlanmasıyla, basılı parçaların sertliği, sağlamlığı ve aşınma direnci gibi önemli ölçümler, dövme malzemelerine yönelik spesifikasyonlarla eşleşti veya bu spesifikasyonları aştı. Örneğin bir şirket H13 çeliğinden kalıp delikleri açmak için LPBF teknolojisini kullandı. Sertlik, ısıl işlemden sonra 52HRC'ye çıktı ve termal yorulma ömrü, tipik işlemeye göre %40 daha uzun oldu. 500.000'den fazla enjeksiyon kalıplama döngüsünü gerçekleştirebilir.
Metal 3D baskının belirli malzemeler alanında belirli avantajlara sahip olduğu gösterilmiştir. İnsanlar hem son derece iletken hem de korozyona dayanıklı malzemeler istedikleri için şirket, bakır-bazlı bir alaşımlı baskı işlemi oluşturdu. Bu proses, geleneksel berilyum bakır kalıplara göre %25 daha yüksek olan 380W/(m · K)'ye kadar bir termal iletkenlik katsayısına sahiptir. İnsanlar hafif malzemeler istediğinden, alüminyum alaşımı ve titanyum alaşımı baskı teknolojisi, yapının gücünü korurken kalıp ağırlığını %30 ila %50 oranında azaltabilir.
2. Yapısal karmaşıklıkta sınırsız ilerleme
Geleneksel kalıp yapımı, çıkarımlı işlemenin geometrik sınırlarıyla sınırlıdır. Karmaşık yapılar oluşturmak için ayırma, birleştirme ve kaynaklama gibi yöntemlerin kullanılması gerekir; bu da kalıpların doğruluğunu azaltır ve ömrünü kısaltır. Metal 3D baskı, her türlü karmaşık şekli, özellikle de konformal soğutma kanalları, nefes alabilen çelik ve nokta matris dolgusu gibi yeni şekilleri anında üretebilir.
Örneğin, geleneksel sondaj yöntemleri yalnızca düz veya basit çizgi-şeklindeki su kanalları oluşturabilir. Buna karşılık, 3D baskı spiral, ağaç dalı ve biyomimetik yaprak damar şekilleri gibi düzensiz su kanalları oluşturabilir ve bu da soğutma verimliliğini %40'tan fazla artırabilir. Araba kapısı çerçevesine yönelik dekoratif şerit kalıbı için topoloji açısından optimize edilmiş kanal tasarımı kullanıldıktan sonra, tek parçanın yapılması için geçen süre 120 saniyeden 75 saniyeye çıktı ve verim oranı %89'dan %98'e çıktı. Nefes alabilen çelik üreten şirketler, gözenekli katman baskı teknolojisini kullanarak 0,04 mm'lik açıklığı hassas bir şekilde yönetebildiler. Bu, kalıpların egzoz verimliliğini üç katına çıkardı ve gaz sıkıştığında meydana gelen kaynak çizgileri ve kabarcıklar gibi sorunları düzeltti.
3. Yüzeyin kalitesini ve doğruluğunu sürekli iyileştirmek
İlk metal 3D baskı, kalıp yapımının yüksek-hassasiyet ihtiyaçlarını karşılamakta zorlandı çünkü katmanlar arası bağlama kuvveti yeterince güçlü değildi ve yüzey çok pürüzlüydü. Ancak teknik ilerleme sayesinde bu sorun çözüldü. Şu anda, ileri-son teknolojiye sahip metal 3D baskı makineleri, ± 0,05 mm boyutsal hassasiyete ve Ra 1,6 μ m'den az veya buna eşit yüzey pürüzlülüğüne sahip parçalar üretebilmektedir. Parlatma, kumlama ve diğer adımlarla birlikte kullanıldığında yüzeyi ayna kadar pürüzsüz hale getirebilir.
Örneğin, Mantle'ın TrueShape teknolojisi, kalıp boşluklarını çok doğru bir şekilde oluşturmak için "3-eksenli CNC işleme+çizim ve yazdırma+yazılım tasarımı" kombinasyonunu kullanır. Bu işlem, yalnızca 0,8 μm yüzey pürüzlülüğü Ra'ya sahip bir H13 çelik kalıp boşluğunu basar; bu, önce cilalanmasına gerek kalmadan hemen yüksek parlaklıkta enjeksiyon kalıplama için kullanılabileceği anlamına gelir. Bu teknoloji aynı zamanda kalıbın yüzeyine aşınmaya dayanıklı kaplamalar koyabilen çok-malzemeli kompozit baskıya da olanak tanır. Bu, kalıbın geleneksel yöntemlere göre üç kat daha uzun süre dayanmasını sağlayabilir.
2,Endüstriyel Uygulama: Fikirlerin Test Edilmesinden Büyük Ölçekte Kullanılmasına Kadar
1. Otomotiv kalıpları: maliyet ve verimlilikte çifte devrim
Metal 3D baskı, fikir doğrulama aşamasının ötesine geçerek otomobil kalıpları alanında-büyük ölçekli kullanıma geçti. Araba üreten bir şirket, motor silindir kafaları için kalıp yapmak amacıyla LPBF teknolojisini kullanıyor. Uyumlu soğutma suyu kanalının tasarımı iyileştirildiğinde enjeksiyon kalıplama döngüsü %37,2 daha kısa ve her bir parçanın maliyeti %22 daha düşük oluyor. Daha da etkileyici olan şey, bu teknolojinin, kalıbın açılmasını beklemeye gerek kalmadan kalıpları "tek-kez kalıplayabilmesi"dir. Bu, yeni ürün geliştirme süresini 6 aydan 2 aya indiriyor ve pazardaki reaksiyon süresini çok hızlandırıyor.
Metal 3D baskı, hafif kalıpların yapımında da harika çalışıyor. Belirli bir yeni enerji taşıt şirketi, alüminyum alaşımlı baskı teknolojisini kullanarak akü tepsisi kalıpları yapıyor. Kalıbın ağırlığı %45 oranında azalırken, enjeksiyonlu kalıplama için kullanılan enerji de %18 oranında azalırken, aynı zamanda kalıbın gücü de korunur. Kalıp 200.000 enjeksiyonlu kalıplama döngüsünden geçmiştir, iyi çalışır ve güvenilirdir.
2. Tıbbi kalıplar: Her şeyi tam istediğiniz gibi yapmanın en iyi yolu
Tıp mesleğinin çok spesifik ve kişiselleştirilmiş kalıplara ihtiyacı vardır ve metal 3D baskı bunu yapmanın en iyi yoludur. Ortopedik implantlar için kalıplar üreten bir şirket, "hastaya özel" kalıplar yapmak için kobalt krom alaşımlı baskı teknolojisini kullanıyor. CT taraması yoluyla hastadan kemik verileri alınarak kalıbın dijital modeli hemen oluşturulur. Kalıp, 3D baskıdan sonra 0,02 mm'ye kadar hassas olabiliyor, bu da hastanın vücuduna tam olarak uyduğu anlamına geliyor. Bu teknik 5000'den fazla prosedürde kullanıldı ve hastaların ameliyat sonrası iyileşme süresini %30 oranında kısalttı ve komplikasyon sayısını da %1'in altına düşürdü.
Metal 3D baskının tıbbi cihaz kalıpları alanında da belirgin faydaları vardır. Belirli bir şirket, titanyum alaşımlı baskı teknolojisini kullanarak kalp stent kalıpları yapıyor. Kalıp boşluğunun yüzeyinin mümkün olduğu kadar pürüzsüz hale getirilmesiyle tromboz riski büyük ölçüde azaltılır, bu da stentin yüzey pürüzlülüğü Ra'yı 0,2 μm'den düşük veya eşit bir değere düşürür. Bu kalıp FDA tarafından onaylanmıştır ve dünyadaki ilk 3D-baskılı kalp stent kalıbıdır.
3. Havacılık ve uzay kalıpları: Yüksek-performanslı malzemelerin en iyi kullanımı
Uçak sektörünün yüksek sıcaklıklara dayanabilen, çok güçlü ve çok hafif kalıplara ihtiyacı var. Metal 3D baskı bunu yapmanın yeni bir yoludur. Belirli bir şirket, nikel-bazlı alaşım baskı teknolojisini kullanarak uçak motoru kanatları için kalıplar yapıyor. Kafes dolgu yapısı optimize edilerek kalıbın ağırlığı %35 azaltılır ve 1200 derece yüksek sıcaklıkta stabil kalır. Kalıp 2000 termal döngü testinden geçmiştir ve performansı tipik döküm kalıplarından çok daha iyidir.
Metal 3D baskı, uydu parçalarına yönelik kalıpların yapımında da çok işe yarar. Bir şirket, alüminyum alaşımlı baskı teknolojisini kullanarak uydu braket kalıpları üretiyor. Topoloji optimizasyon tasarımı kullanılarak kalıpların ağırlığı %60 azaltılırken ağırlıkları hala tutulabiliyor, bu da roket fırlatma maliyetini düşürüyor. Bu kalıp 10'dan fazla uydunun yapımında kullanıldı ve iyi ve tutarlı bir şekilde çalışıyor.