Bagaimana pencetakan 3D logam dapat membantu pembuatan cetakan presisi?

1. Kebebasan Desain: Melewati batas geometris manufaktur tradisional
Dengan menambahkan lapisan alih-alih menghilangkannya, pencetakan 3D logam benar-benar mengubah logika "pemrosesan subtraktif" dalam pembuatan cetakan tradisional. Fitur teknologi ini memungkinkan perancang cetakan melampaui batas metode tradisional pada struktur rumit dan memungkinkan penggunaan baru berikut ini:
Desain saluran air yang sesuai dengan bentuk benda
Lubang lurus atau saluran air melengkung biasa terjadi pada sistem pendingin cetakan tradisional. Hal ini sulit untuk dicocokkan dengan bentuk produk yang rumit, sehingga menyebabkan pendinginan dan lengkungan produk tidak merata. Pencetakan 3D logam dapat segera membangun jaringan saluran aliran 3D yang menempel dengan baik pada permukaan produk. Hal ini membuat pendinginan lebih dari 40% lebih efisien. Misalnya, sebuah perusahaan kendaraan energi baru menggunakan cetakan pengecoran die-cangkang baterai cetak 3D dan mengoptimalkan desain saluran air konformal untuk mempersingkat siklus pencetakan injeksi dari 120 detik menjadi 75 detik, meningkatkan tingkat hasil produk dari 85% menjadi 99,5%, dan memperpanjang masa pakai cetakan hingga lebih dari 100.000 kali, yaitu tiga kali lebih lama dibandingkan metode tradisional.
Menempatkan struktur yang ringan
Pencetakan 3D logam dapat mengurangi berat sebesar 30% hingga 50% sambil tetap membuat cetakan yang kuat dengan menggunakan desain biomimetik seperti struktur kisi dan kisi berongga. Cetakan cakram turbin mesin pesawat tertentu menggunakan struktur kisi paduan titanium yang mengurangi bobot sebesar 42% sekaligus menjaga kemampuan menahan suhu tinggi. Hal ini sangat menurunkan biaya pengangkutan dan pemrosesan energi.
Pencetakan komponen yang terintegrasi dengan banyak fungsi
Dalam cetakan tradisional, bagian-bagian seperti nozel panas dan meson isolasi perlu disatukan dalam beberapa langkah, yang dapat dengan mudah menyebabkan kesalahan. Pencetakan 3D logam dapat mencetak seluruh struktur nosel panas sekaligus, sehingga menghilangkan celah antar bagian dan membuatnya lebih stabil pada suhu tinggi. Sebuah perusahaan tertentu menggunakan pencetakan 3D untuk membuat meson insulasi kisi heksagonal berongga. Hal ini mengurangi penggunaan energi sistem hot runner sebesar 25% dan deformasi termal cetakan sebesar 60%.
2. Integrasi fungsi: Dari pembentukan tunggal hingga optimalisasi keseluruhan proses
Pencetakan 3D logam tidak hanya mengubah desain badan cetakan, namun juga mendorong keseluruhan proses produksi cetakan untuk menghasilkan ide-ide baru melalui integrasi fungsional:
Cetakan dengan lebih dari satu bahan
Dengan teknologi pelapisan laser, berbagai bahan seperti logam keramik dan logam plastik dapat digabungkan dalam satu cetakan. Sebuah perusahaan membuat "cetakan komposit keramik logam" dengan mencetak 3D lapisan keramik-kekerasan tinggi ke substrat logam-ketangguhan tinggi. Hal ini membuat cetakan tiga kali lebih tahan terhadap keausan dan memperpanjang masa pakainya hingga lebih dari 150.000 kali lipat, yang sempurna untuk membuat komponen struktural presisi pada barang elektronik konsumen yang perlu dibuat dengan cepat.
Sistem sensor canggih yang terpasang di dalamnya
Dengan pencetakan 3D, Anda dapat langsung memasukkan sensor suhu dan tekanan ke dalam cetakan, yang membuat sistem pemantauan "kembaran digital". Cetakan bemper mobil tertentu dilengkapi-sensor kisi serat optik yang mengawasi distribusi medan suhu di rongga cetakan secara real-time. Ia juga menggunakan algoritme AI untuk mengubah parameter pendinginan dengan cepat, sehingga ukuran produk tetap akurat dalam ± 0,02 mm dan cetakannya tahan lebih dari 200.000 kali penggunaan.
Perbaikan dan produksi ulang yang cepat: Teknologi Direct Energy Deposition (DED) dapat memperbaiki cetakan yang aus di satu tempat, mengembalikan keakuratan dimensi aslinya. Salah satu perusahaan pesawat terbang menggunakan teknologi kelongsong laser untuk memperbaiki cetakan die-pengecoran paduan aluminium. Lapisan perbaikan menempel pada substrat dengan kekuatan 450MPa, dan biaya perbaikan hanya 30% dari biaya pembuatan cetakan baru. Perbaikan akan berlangsung selama lebih dari 90% masa pakai aslinya.
3. Dari "dapat digunakan" menjadi "performa-tinggi", kinerja material telah meningkat.
Hal utama yang mempengaruhi umur suatu cetakan adalah seberapa baik bahan tersebut bekerja. Pencetakan 3D logam meningkatkan kualitas bahan cetakan secara signifikan dengan menggunakan teknologi berikut:
Penciptaan sistem material khusus
Menanggapi kebutuhan kondisi pengoperasian cetakan, perusahaan di Tiongkok dan di seluruh dunia telah mulai membuat sejumlah bahan bubuk khusus:
Baja cetakan-H13 ESU: Dengan meningkatkan distribusi karbida, umur panjang cetakan die-pengecoran telah meningkat dari 30.000 kali lipat dalam teknik standar menjadi 60.000 kali lipat. Telah digunakan untuk membuat bingkai untuk ponsel seri Huawei Mate.
Baja Berkekuatan Ultra Tinggi CX: Memiliki kekuatan tarik 1700MPa dan digunakan untuk membuat cetakan badan silinder mesin otomotif Bosch. Cetakan ini bertahan selama lebih dari 80.000 siklus, yang 40% lebih lama dari baja S136 pada umumnya.
Paduan aluminium Al250C: Bertahan lebih dari 5000 jam pada suhu 250 derajat dan 50 kali lebih baik daripada paduan aluminium Scalmalloy. Ini sering digunakan dalam komponen struktural ruang angkasa.
Ide-ide baru untuk proses perlakuan panas
Buatlah metode perlakuan panas khusus yang sesuai dengan cara pencetakan 3D menyatukan lapisan-lapisan tersebut:
Pendinginan bertingkat dan perlakuan kriogenik: Cetakan baja martensit 1,2709 sangat keras, dengan kekerasan 52HRC dan ketangguhan benturan CVN 10J. Hal ini membuatnya cukup kuat untuk mengatasi tekanan besar yang dibutuhkan kendaraan energi di masa depan.
Pengepresan isostatik panas (HIP): Pemrosesan pada suhu 1200 derajat /150 MPa menghilangkan pori-pori bagian dalam cetakan cetak 3D. Hal ini membuatnya bertahan 200% lebih lama dan mencapai 95% masa pakai teknik penempaan pada umumnya.
Menggabungkan teknologi penguatan permukaan
Peening tembakan supersonik menghasilkan lapisan tegangan tekan setebal 300 μm pada permukaan cetakan. Hal ini membuat cetakan tempa tertentu bertahan 20.000 hingga 50.000 siklus lebih lama.
Deposisi Uap Kimia (CVD): Proses ini menambahkan lapisan berlian setebal 0,05 mm pada permukaan rongga cetakan agar 10 kali lebih tahan aus. Ini digunakan untuk membuat cetakan untuk kemasan semikonduktor.
4. Kegunaan dalam bisnis dan tren masa depan
Dalam industri otomotif, penerbangan, dan elektronik, teknologi pencetakan 3D logam banyak digunakan.
Dalam industri otomotif, Broadcom Precision memproduksi cetakan die-cetakan terintegrasi cetakan 3D untuk Tesla yang mengurangi jumlah potongan lantai belakang dari 171 menjadi 1, membuat produksi 40% lebih efisien, dan memberikan masa pakai cetakan 150.000 kali lipat.
Relativity Space membuat cetakan nosel paduan tembaga cetak 3D untuk industri penerbangan menggunakan peralatan EOS M400. Cetakan ini menggunakan teknologi laser hijau untuk mengatasi masalah bahan tembaga yang terlalu reflektif. Umurnya memenuhi kriteria proyek SpaceX Starship, yakni memproduksi satu unit setiap minggunya.
Xiaomi Technology telah bekerja sama dengan Yisu Laser untuk membuat-cetakan die-casting untuk rangka ponsel dari bahan ESU-H13. Cetakan ini bertahan selama 120.000 siklus dan dapat mendukung pengiriman lebih dari 50 juta unit seri Xiaomi 14 per tahun.
Di masa depan, pencetakan 3D logam akan berubah dengan cara berikut:
Integrasi berbagai bahan dan proses: Menggunakan teknologi binder jetting (BJ) dan powder bedmelting (PBF) secara bersamaan untuk membuat cetakan besar dengan cepat dan murah.
Desain cerdas yang digerakkan oleh AI-: Algoritme desain generatif secara otomatis mengoptimalkan struktur cetakan, yang berarti lebih dari 90% material digunakan.
Membangun sistem manufaktur ramah lingkungan: Menggunakan bahan bubuk yang dapat didaur ulang dan sistem produksi loop tertutup, yang mengurangi emisi karbon sebesar 50% selama proses produksi, sejalan dengan kebutuhan ekonomi sirkular.