¿Puede la impresión 3D de metal producir moldes de estampado?

1. Viabilidad técnica: un salto de la "verificación del concepto" a la "aplicación a escala".
El principal beneficio de la impresión 3D en metal es que permite un "diseño libre" y una "fabricación rápida". Utilizando métodos como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM), los polvos metálicos se pueden apilar uno encima del otro para crear diseños geométricos complicados. Esto va más allá de los límites del procesamiento estándar de formas de moldes.
Capacidad para hacer estructuras complicadas.
Para fabricar moldes de estampado tradicionales, los canales de agua de refrigeración deben procesarse mediante métodos como fresado y perforación. Sin embargo, puede resultar difícil crear cavidades intrincadas y canales de agua desiguales, ya que es difícil acceder a los instrumentos de procesamiento. Por ejemplo, el circuito de agua de refrigeración del troquel de estampado para la culata de un motor de automóvil debe estar estrechamente vinculado a la superficie de la cavidad del molde para distribuir uniformemente el calor. Los métodos tradicionales dificultan la creación de una disposición de circuito de agua no-lineal. Y la impresión 3D de metal puede crear directamente vías fluviales irregulares, como ramas de árboles biomiméticas y en espiral. Esto hace que el enfriamiento sea un 30% más eficiente y acelera el proceso de moldeo. Una-conocida empresa de automóviles utiliza la impresión 3D para fabricar moldes para estampado de culatas de motores. Esto reduce el tiempo que lleva fabricarlos de dos meses a dos semanas y hace que los moldes duren más de 100.000 veces más.
Un gran paso adelante en el funcionamiento de los materiales
La impresión 3D de metal ahora puede dar forma consistente a metales de alta-resistencia. Por ejemplo, el acero para herramientas H13 puede alcanzar una dureza HRC 50-55 y una tenacidad al impacto de 22J después de la impresión 3D y el tratamiento térmico. Esto satisface las necesidades de los moldes-de fundición a presión en cuanto a resistencia al desgaste y al agrietamiento. Broadcom Precision utiliza el equipo de la serie FS273M de Huashu High Tech para imprimir inserciones de moldes de fundición a presión. Estas plaquitas tienen un tamaño estable incluso después de 50.000 ciclos de estampado y la tasa de rendimiento es del 100 %. Además, el uso de materiales de alto-rendimiento, como aleaciones de titanio y aleaciones a base de níquel-, hace que los moldes impresos en 3D sean lo suficientemente fuertes como para soportar circunstancias difíciles, como altas temperaturas y altas presiones.
Innovación en la integración de procesos
Para encontrar un equilibrio entre costo y eficiencia, la industria ha analizado un enfoque de producción híbrido que combina "impresión 3D y procesamiento tradicional". La sucursal de Haixi del Instituto General de Investigación de Ciencias Mecánicas ideó una forma de fabricar moldes de estampado en caliente. Primero, fresaron el sustrato del molde y los tubos rectos. Luego, utilizaron la impresión 3D para apilar tubos de refrigeración irregulares uno encima del otro. Finalmente, se aseguraron de que la cavidad del molde fuera precisa cortándola y puliéndola. Este procedimiento reduce la cantidad de polvo metálico en un 60 %, el tiempo que lleva procesarlo en un 40 % y consigue que la tubería de enfriamiento y la cavidad del molde encajen perfectamente.
2. Comprobación del rendimiento: tres pruebas de dureza, longevidad y precisión
Los moldes de estampado tienen que soportar decenas de miles o incluso millones de golpes de alta-presión, y su dureza, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional son las que determinan la calidad de los productos fabricados con ellos. Para saber si los moldes de impresión 3D de metal funcionan como deberían, es necesario observar datos de producción reales.
Dureza y Resistencia al Desgaste
Las pruebas en el laboratorio han demostrado que los moldes de acero H13 impresos en 3D (HRC 52) son tan duros como los moldes de forja tradicionales (HRC 50-53). Sin embargo, la microestructura es más consistente, lo que reduce la posibilidad de que se produzcan grietas. Cuando se utilizan moldes de estampado para fabricar armazones de asientos de automóviles, los moldes impresos en 3D se desgastan un 40% menos rápido que los moldes tradicionales y el ciclo de mantenimiento dura 3 meses.
vida de cansancio
Las pruebas de fatiga de ciclo alto demuestran que el límite de fatiga de los moldes impresos en 3D es similar al de los procedimientos tradicionales. Sin embargo, es importante estar atento a los errores de impresión. Por ejemplo, no fusionar completamente los poros en la tecnología de fusión en lecho de polvo podría causar que se acumule tensión y acortar la vida útil del material. Un equipo de estudio ha mejorado la vida útil de los moldes de Ti6Al4V impresos en 3D a 10 ^ 7 ciclos, lo que cumple con los criterios de grado aeronáutico, optimizando las tácticas de escaneo (como el escaneo de tablero de ajedrez) y la resistencia de la unión entre capas.
corrección de las dimensiones
La impresión 3D de metal puede tener una precisión de ± 0,05 mm, y los métodos de pos-procesamiento, como el prensado isostático en caliente y el mecanizado CNC, pueden eliminar cualquier tensión y distorsión restante.. 3La tecnología de impresión D ha podido fabricar moldes de estampado para carcasas de dispositivos electrónicos que son copias exactas de texturas al nivel de 0,3 mm, con una rugosidad superficial de Ra<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. Cuándo usarlo: pasar de "producción de prueba en pequeños lotes" a "producción a gran-escala"
En la impresión 3D de metal, la estructura de costos es diferente a la de los métodos tradicionales. Los precios de los equipos y materiales son mayores, pero los pasos de diseño de moldes, producción de prueba y modificación ya no son necesarios. A medida que aumenta el tamaño del lote de fabricación, el coste total disminuye. Actualmente se puede utilizar en tres situaciones principales:
Molde para estructuras complejas
La impresión 3D puede acelerar enormemente el ciclo de desarrollo de moldes con texturas delicadas, huecos profundos o canales de agua que no son rectos. Por ejemplo, una empresa utiliza la impresión 3D para fabricar moldes para estampar suelas de zapatos. Esto reduce el tiempo que lleva obtener el diseño de 6 semanas a 10 días y también permite diseños personalizados que se adaptan a las necesidades de lotes pequeños y una amplia gama de estilos.
Moldes con mucho valor añadido
En áreas como la aeroespacial y la sanitaria, las necesidades de precisión y rendimiento de los moldes son mucho más importantes que su costo.. 3La impresión D se ha utilizado con éxito para fabricar moldes para productos de alta-como discos de turbinas para motores de aviones y prótesis de articulaciones artificiales. Su diseño liviano (que reduce el peso entre un 20% y un 30%) y su estructura integrada (que reduce los errores de montaje) son sus principales beneficios.
Arreglar y rehacer moldes.
La tecnología de deposición de revestimiento por láser (LC) utilizada en la impresión 3D puede reparar rápidamente los moldes desgastados. Por ejemplo, una empresa automovilística empleó tecnología LC para fijar la superficie de la cavidad del molde de estampado. Esto redujo el tiempo de reparación de 7 días a 2 días, redujo los costos en un 50 % y devolvió el molde a su precisión original.