Bagaimana cara menggabungkan pencetakan 3D logam dan cetakan injeksi cetakan?

一, Ide utama di balik integrasi teknologi adalah beralih dari "substitusi" menjadi "saling melengkapi".
Pencetakan 3D logam dan cetakan injeksi bukan hanya dua teknologi yang bekerja sama; keduanya merupakan perpaduan antara "manufaktur aditif" dan "pemrosesan subtraktif" yang bekerja sama untuk meningkatkan efisiensi dan fungsionalitas. Tiga hal berikut menunjukkan logika utamanya:
Sebuah langkah maju yang besar dalam kebebasan desain
Cetakan injeksi konvensional dibatasi oleh metode pemrosesan, dan desain rumit seperti saluran air pendingin konformal dan rusuk penguat internal memerlukan proses produksi dan perakitan yang berbeda, sehingga menyebabkan kenaikan harga dan siklus yang diperpanjang. Teknik LPBF dapat langsung mencetak struktur rumit yang terintegrasi dengan melelehkan serbuk logam satu lapis dalam satu waktu. Misalnya, teknologi laser telah menciptakan proses baja bernapas generasi ketiga, yang dapat membuat struktur bernapas multi-arah dengan bukaan 0,04 mm dalam cetakan. Hal ini memecahkan masalah sisipan baja bernapas yang tidak terlalu baik dalam mengeluarkan udara.
Menemukan keseimbangan yang tepat antara biaya dan efisiensi
Membeli peralatan pencetakan 3D logam membutuhkan biaya yang besar, namun dapat membantu mengurangi limbah material (dengan tingkat pemanfaatan material lebih dari 90%). Bisnis dapat memanfaatkan pencetakan 3D untuk membuat elemen inti cetakan yang berfungsi (seperti sisipan pendingin konformal) dan pemrosesan tradisional untuk membuat struktur periferal. Hal ini menghemat banyak biaya. Misalnya, B&J Specialty menggunakan ProX DMP 300 dari Sistem 3D untuk mencetak sisipan cetakan pipa otomotif. Hal ini memotong waktu siklus pendinginan dari 1 menit menjadi 40 detik, meningkatkan efisiensi produksi sebesar 30%, dan memperpanjang umur cetakan sebesar 25%.
Perubahan cepat dan membuat segala sesuatunya sesuai pesanan
Pencetakan 3D logam dapat dengan cepat membuat prototipe cetakan untuk pengujian dan verifikasi selama tahap pengembangan produk. Ini menghemat biaya untuk melakukan perubahan desain berulang kali. Misalnya, sebuah perusahaan pembuat peralatan rumah tangga menggunakan teknologi LPBF untuk membuat blok pola cetakan injeksi untuk cangkang AC. Hal ini memotong siklus tradisional 12 proses, 45 hari menjadi 12 hari dan menurunkan kesalahan perakitan dari 0,1 mm menjadi 0,02 mm, yang memperpanjang umur cetakan sebanyak 200.000 kali lipat.
2, Kasus penggunaan umum: dari peningkatan fungsionalitas hingga peningkatan industri
1. Sistem pendingin yang fleksibel adalah cara terbaik untuk memperbaiki masalah cetakan injeksi.
Seringkali, sirkuit air pendingin pada cetakan injeksi biasanya berbentuk lurus, sehingga sulit untuk dicocokkan dengan permukaan produk. Hal ini menyebabkan pendinginan tidak merata dan deformasi produk. Teknologi LPBF dapat membuat saluran konformal yang pas dengan bentuk benda sehingga mendinginkannya secara merata. Misalnya:
Cetakan pipa otomotif: Dengan menggunakan perangkat lunak Cimatron, B&J Specialty membangun sirkuit air pendingin konformal yang menurunkan suhu cetakan dari 132 menjadi 18 derajat Celcius, mengurangi tingkat penyusutan produk sebesar 67%, dan meningkatkan hasil hingga 98%.
Sebuah perusahaan kedokteran gigi membuat cetakan peralatan ortodontik yang tidak terlihat menggunakan teknologi μ - LPBF, yang memiliki presisi pencetakan 2–5 μ m. Desain optimasi topologi meningkatkan homogenitas distribusi gaya ortodontik sebesar 40% dan meningkatkan tingkat adaptasi pasien dari 85% menjadi 98%.
2. Untuk mengatasi masalah gas yang terperangkap, struktur pernapasan dan badan cetakan harus menyatu dengan sempurna.
Jika gas di dalam rongga cetakan tidak dikeluarkan dengan cukup cepat selama proses pencetakan injeksi, hal ini dapat menyebabkan masalah termasuk gelembung produk dan fusi yang buruk. Metode klasik memerlukan penempatan baja yang dapat bernapas ke dalam cetakan, namun hal ini tidak akan berhasil jika strukturnya rumit. Teknologi LPBF dapat mencetak lapisan berpori dan bernapas langsung ke badan cetakan. Misalnya:
Cetakan-dengan bantuan gas: Perusahaan tertentu menggunakan LPBF untuk mencetak inti cetakan, membuat lapisan berpori di bagian bawah pelat rusuk, dan menyematkan batang ventilasi dengan lapisan atas berpori. Gas menekan pelat rusuk dan bagian atas batang ventilasi selama pencetakan injeksi. Hal ini mendorong produk ke arah permukaan rongga, sehingga menghilangkan tekanan internal dan menghentikan garis penyusutan di permukaan.
Cetakan elektronik dengan akurasi tinggi: Produsen cetakan produk 3C membuat cetakan bingkai ponsel menggunakan LPBF. Cetakan memiliki struktur bernapas dengan bukaan 0,04 mm di area pembuangan, yang menurunkan tekanan injeksi sebesar 30% dan memperpanjang umur cetakan sebesar 40%.
3. Integrasi ringan dan fungsional: dari "komponen struktural" hingga "modul cerdas" Teknologi LPBF mendukung desain ringan seperti pengisian kisi dan struktur kisi, dan dapat mengintegrasikan modul fungsional seperti sensor dan elemen pemanas. 3. Integrasi ringan dan fungsional: dari "komponen struktural" hingga "modul cerdas" Sebagai contoh:
Sebuah perusahaan tertentu menggunakan braket paduan aluminium yang dibuat oleh LPBF untuk paket baterai kendaraan energi baru mereka. Braket ini 38% lebih ringan karena struktur kisinya dan lulus uji beban berlebih 150%, yang meningkatkan jangkauan sebesar 8%.
Sistem cetakan pintar: Sebuah perusahaan medis menempatkan sensor suhu di dalam cetakan LPBF-cetakan sehingga mereka dapat mengawasi suhu sirkuit air pendingin secara real-time. Algoritme AI mengubah parameter injeksi dengan cepat untuk membuat produk 50% lebih konsisten.
3, Masalah dan Tren Teknologi untuk Masa Depan: Dari "Terobosan Satu Titik" hingga "Restrukturisasi Ekologis"
1. Masalah saat ini: material, akurasi, dan pasca-pemrosesan
Beberapa serbuk logam, termasuk paduan tembaga dengan konduktivitas panas yang kuat, masih perlu dioptimalkan untuk pencetakan agar kepadatan dan biayanya seimbang.
Kualitas dan akurasi permukaan: Cetakan cetak LPBF memerlukan pemesinan presisi CNC atau peening shot untuk memenuhi kekasaran permukaan (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Integrasi beberapa material: LPBF kini hanya mendukung pencetakan dengan satu material dalam satu waktu. Namun, cetakan biasanya memerlukan konstruksi komposit yang terbuat dari bahan berbeda, seperti baja-dengan kekerasan tinggi dan tembaga dengan konduktivitas-termal-tinggi.
2. Tren Masa Depan: Penggabungan Teknologi dan Restrukturisasi Lingkungan
Alat hibrida untuk membuat sesuatu: Teknologi AXIOM menggabungkan nozel pencetakan 3D dan pemotong penggilingan CNC untuk menyediakan pemrosesan terintegrasi "aditif subtraktif". Hal ini mengurangi ukuran dan biaya peralatan yang dibutuhkan untuk melakukan pekerjaan itu.
Optimalisasi proses yang cerdas: LPBF dapat mengantisipasi tegangan sisa dan deformasi secara real time dengan menggabungkan model kopling mekanis termal dengan metode pembelajaran mesin. Misalnya, model elemen hingga Autodesk menjaga perbedaan kinerja tarik radial dan melingkar pada bilah turbin paduan titanium dalam kisaran 5% dan membuatnya bertahan 30% lebih lama.
Manufaktur Ramah Lingkungan dan Ekonomi Sirkular: LPBF mendaur ulang lebih dari 85% bubuknya, dan tidak mengeluarkan cairan pemotongan apa pun, sehingga memenuhi peraturan manufaktur ramah lingkungan termasuk “tarif karbon” Uni Eropa. Sebuah perusahaan memotong biaya satu set bahan cetakan sebesar 20% dengan mendaur ulang bubuk yang belum meleleh dan menyaringnya.