¿Puede la impresión 3D de metal producir directamente cavidades de molde?

一, Viabilidad técnica: pasar del laboratorio a la línea de fabricación
1. Cobertura completa del sistema material.
La impresión 3D en metal ahora puede funcionar con todos los materiales que se utilizan normalmente para fabricar moldes. Por ejemplo, la tecnología de fusión por lecho de polvo por láser (LPBF) puede imprimir materiales de moldes clásicos, incluido el acero para herramientas H13, el acero para moldes P20 y el acero martensítico 1.2709. Al ajustar-la configuración del proceso, medidas importantes como la dureza, la tenacidad y la resistencia al desgaste de las piezas impresas han igualado o superado las especificaciones para los materiales de forja. Por ejemplo, una empresa utilizó la tecnología LPBF para hacer orificios para moldes en acero H13. La dureza aumentó a 52 HRC después del tratamiento térmico y la vida útil de la fatiga térmica fue un 40 % más larga que con el procesamiento típico. Puede manejar más de 500.000 ciclos de moldeo por inyección.
Se ha demostrado que la impresión 3D en metal tiene beneficios particulares en el área de materiales específicos. Como la gente quería materiales que fueran a la vez altamente conductores y resistentes a la corrosión, la empresa creó un proceso de impresión de aleación a base de cobre-. Este proceso tiene un coeficiente de conductividad térmica de hasta 380W/(m · K), que es un 25% superior al de los moldes tradicionales de cobre berilio. Debido a que la gente quería materiales que fueran livianos, la tecnología de impresión de aleaciones de aluminio y aleaciones de titanio puede reducir el peso del molde entre un 30 % y un 50 % manteniendo al mismo tiempo la resistencia de la estructura.
2. Progreso irrestricto en la complejidad estructural
La fabricación de moldes tradicional está limitada por los límites geométricos del procesamiento sustractivo. Para crear estructuras complejas, se deben utilizar métodos como dividir, empalmar y soldar, lo que hace que los moldes sean menos precisos y acorta su vida útil. La impresión 3D de metal puede crear cualquier forma complicada de inmediato, especialmente las nuevas, como canales de enfriamiento conformados, acero transpirable y relleno de matriz de puntos.
Por ejemplo, los métodos de perforación tradicionales solo pueden crear canales de agua en forma de línea-recta o simple. Por el contrario, la impresión 3D puede crear canales de agua irregulares como espirales, ramas de árboles y formas biomiméticas de venas de hojas, lo que puede mejorar la eficiencia de enfriamiento en más de un 40%. Después de utilizar un diseño de canal optimizado con topología para un molde para una tira decorativa para el marco de una puerta de automóvil, el tiempo que llevó fabricar una pieza pasó de 120 segundos a 75 segundos, y la tasa de rendimiento pasó del 89 % al 98 %. Las empresas que fabrican acero respirable han podido gestionar con precisión la apertura de 0,04 mm utilizando tecnología de impresión de capas porosas. Esto ha triplicado la eficiencia de escape de los moldes y solucionado problemas como líneas de soldadura y burbujas que ocurren cuando el gas queda atrapado.
3. Mejorar constantemente la calidad de la superficie y la precisión.
Las primeras impresiones 3D de metal tuvieron dificultades para satisfacer las necesidades de alta-precisión de la fabricación de moldes porque la fuerza de unión entre capas no era lo suficientemente fuerte y la superficie era demasiado rugosa. Pero este problema se ha solucionado gracias al progreso técnico. Por el momento, las máquinas de impresión 3D de metal-de alta gama pueden fabricar piezas con una precisión dimensional de ± 0,05 mm y una rugosidad superficial de Ra menor o igual a 1,6 μ m. Cuando se usa con pulido, chorro de arena y otros pasos, puede hacer que la superficie sea tan suave como un espejo.
Por ejemplo, la tecnología TrueShape de Mantle utiliza una combinación de "mecanizado CNC de 3-ejes+dibujo e impresión+diseño de software" para crear cavidades de molde con mucha precisión. Este proceso imprime una cavidad de molde de acero H13 con una rugosidad superficial Ra de solo 0,8 μm, lo que significa que se puede utilizar para moldeo por inyección de alto brillo de inmediato sin necesidad de pulirlo primero. Esta tecnología también permite la impresión compuesta de múltiples-materiales, que pueden colocar recubrimientos resistentes al desgaste en la superficie del molde. Esto puede hacer que el molde dure más de tres veces más que los métodos tradicionales.
2,Práctica industrial: de probar ideas a utilizarlas a gran escala
1. Moldes para automoción: una doble revolución en coste y eficiencia
La impresión 3D en metal ha pasado de la etapa de verificación de ideas al uso a gran-escala en el ámbito de los moldes para automóviles. Una empresa que fabrica automóviles emplea tecnología LPBF para fabricar moldes para culatas de motores. El ciclo de moldeo por inyección es un 37,2 % más corto y el coste de cada artículo es un 22 % menor cuando se mejora el diseño del canal de agua de refrigeración conformal. Lo que es aún más impresionante es que esta tecnología puede "moldear una sola vez" moldes sin tener que esperar a que se abra el molde. Esto reduce el tiempo que lleva desarrollar nuevos productos de 6 meses a 2 meses y acelera mucho el tiempo de reacción en el mercado.
La impresión 3D en metal también funciona muy bien para fabricar moldes ligeros. Cierta empresa de vehículos de nueva energía fabrica moldes para bandejas de baterías utilizando tecnología de impresión de aleación de aluminio. El peso del molde se reduce en un 45% y la energía utilizada para el moldeo por inyección se reduce en un 18%, todo ello manteniendo la resistencia del molde. El molde ha pasado por 200.000 ciclos de moldeo por inyección y funciona bien y es confiable.
2. Moldes médicos: la mejor manera de hacer las cosas exactamente como las quieres
La profesión médica necesita moldes que sean muy específicos e individualizados, y la impresión 3D en metal es la mejor manera de hacerlo. Una empresa que fabrica moldes para implantes ortopédicos utiliza tecnología de impresión de aleación de cromo cobalto para fabricar moldes "específicos para cada paciente". Se crea inmediatamente un modelo digital del molde obteniendo datos óseos del paciente a través de una tomografía computarizada. El molde puede tener una precisión de 0,02 mm después de la impresión 3D, lo que significa que se adapta exactamente al cuerpo del paciente. Esta técnica se ha utilizado en más de 5.000 procedimientos y ha reducido el tiempo de recuperación de los pacientes tras la cirugía en un 30% y el número de complicaciones a menos del 1%.
La impresión 3D en metal también tiene distintos beneficios en el área de los moldes para dispositivos médicos. Cierta empresa fabrica moldes para stents cardíacos utilizando tecnología de impresión de aleación de titanio. El riesgo de trombosis se reduce considerablemente haciendo que la superficie de la cavidad del molde sea lo más lisa posible, lo que reduce la rugosidad de la superficie del stent Ra a menos o igual a 0,2 µm. Este molde ha sido certificado por la FDA y es el primer molde de stent cardíaco impreso en 3D-del mundo.
3. Moldes aeroespaciales: el mejor uso de materiales de alto-rendimiento
La industria aeronáutica necesita moldes que puedan soportar altas temperaturas, que sean muy resistentes y muy ligeros. La impresión 3D en metal es una nueva forma de hacerlo. Cierta empresa fabrica moldes para palas de motores de aviones utilizando tecnología de impresión de aleaciones a base de níquel-. El peso del molde se reduce en un 35% optimizando la estructura de relleno de la red y se mantiene estable a una temperatura alta de 1200 grados. El molde ha pasado por 2000 pruebas de ciclo térmico y su rendimiento es mucho mejor que el de los moldes de fundición típicos.
La impresión 3D en metal también funciona muy bien para fabricar moldes para piezas de satélites. Una empresa fabrica moldes para soportes de satélites utilizando tecnología de impresión de aleaciones de aluminio. Al utilizar un diseño de optimización de topología, el peso de los moldes se reduce en un 60 % y al mismo tiempo se puede mantener su peso, lo que reduce el costo de lanzamiento de cohetes. Este molde se ha utilizado para fabricar más de 10 satélites y funciona bien y de forma consistente.