¿Cómo puede la impresión 3D en metal ayudar a acortar el ciclo de producción de moldes?

一, Refactorización de procesos: pasar del "procesamiento en serie" a la "fabricación en paralelo"
La fabricación de moldes tradicional emplea el paradigma de "procesamiento en serie", donde cada operación se realiza en secuencia y cualquier retraso en cualquier enlace daría como resultado un ciclo general más largo. Por ejemplo, el proceso de producción de moldes estándar para un determinado fabricante de piezas de automóviles tarda 120 horas sólo en las fases de mecanizado de electrodos y mecanizado por descarga. Esto significa que hay más posibilidades de cometer errores porque hay muchos pasos de sujeción y posicionamiento. Con el modo de "fabricación paralela", la tecnología de impresión 3D en metal integra los tres pasos principales de diseño, impresión y pos-procesamiento sin intervalos de tiempo, lo que supone un gran cambio con respecto a los métodos antiguos:
Integración de diseño e impresión: después de finalizar el diseño del molde en el software de modelado 3D, los diseñadores pueden generar datos de corte de inmediato y enviarlos a impresoras 3D sin tener que fabricar electrodos, escribir instrucciones CNC o examinar el proceso. El molde de carcasa de aire acondicionado producido por Zhongrui Technology para una determinada empresa de electrodomésticos solo tarda 72 horas desde el diseño hasta la impresión, un 60% menos que las técnicas estándar.
Procesamiento paralelo de múltiples tareas: el equipo puede fabricar varios componentes del molde a la vez mientras imprime, por lo que no es necesario que intervenga personal. Por ejemplo, cierto fabricante de moldes-de fundición a presión emplea una impresora 3D de metal con doble láser para construir 16 cavidades de molde cóncavas al mismo tiempo en 48 horas. Esto es 8 veces más rápido que el procesamiento típico de una sola pieza.
Proceso de posprocesamiento-más sencillo: para llegar a la etapa del molde de prueba, el molde impreso solo necesita seguir algunos pasos básicos, como cortar los cables, quitar el soporte y calentar el molde. Según un estudio de caso de un molde de conector electrónico, los moldes impresos en 3D tardan un 70% menos en terminarse que los moldes tradicionales y no es necesario hacer el mismo trabajo una y otra vez.
2, Innovación en el proceso: la construcción liviana y la acción de compresión periódica del enfriamiento conformado
El sistema de refrigeración del molde es una parte importante del ciclo de producción. Debido a su arquitectura limitada, los canales de agua tradicionales de orificio recto tienden a tener temperaturas de molde inconsistentes y necesitan tiempos de enfriamiento más prolongados para evitar que los productos cambien de forma. La tecnología de impresión 3D en metal mejora tanto la eficiencia de enfriamiento como el ciclo de producción mediante el uso de dos nuevos procesos:
Diseño de canal de agua de refrigeración conforme: los diseñadores pueden utilizar el aspecto de "moldeado libre" de la impresión 3D para crear formas de canal de flujo en espiral, de malla o biomiméticos que coincidan muy estrechamente con la cavidad del molde. Después de utilizar un canal conformal para un determinado molde de parachoques de vehículo, el ciclo de moldeo por inyección se redujo de 45 segundos a 30 segundos y la capacidad de producción anual de un dispositivo aumentó en 120.000 piezas. La vía fluvial conforme es aún más importante ya que elimina el "punto ciego de enfriamiento" que tienen las vías fluviales tradicionales. Esto reduce la tasa de deformación del producto del 0,8% al 0,2% y aumenta la tasa de rendimiento al 99,5%, lo que reduce el tiempo necesario para las pruebas y el retrabajo del molde.
Optimización estructural liviana: la tecnología de optimización de topología puede ayudar a la impresión 3D de metal a eliminar materiales adicionales de los moldes, lo que puede reducir el peso entre un 30% y un 50% y al mismo tiempo garantizar que la estructura sea fuerte. Una empresa que fabrica equipos de energía eólica ha dividido un molde de pala de 2-metros de ancho en 8 módulos livianos para imprimir. Esto reduce los costos de envío en un 40%. El tiempo necesario para sustituir un único módulo también se ha reducido de 2 horas a 30 minutos, lo que acorta considerablemente el ciclo de mantenimiento del molde.
3. Optimización de materiales: avances periódicos en aleaciones y materiales compuestos de alto-rendimiento
La forma en que funcionan los materiales del molde tiene un efecto directo en la dificultad de procesamiento y el tiempo que lleva fabricar cualquier cosa. Debido a que el acero para moldes tradicional es bastante duro y no transmite bien el calor, es necesario-tratarlo térmicamente varias veces y mecanizarlo con mucha precisión para adaptarse a las necesidades de uso. Pero la tecnología de impresión 3D en metal supera los límites de rendimiento de los materiales estándar al cambiar la forma en que se fabrican y utilizan.
Impresión directa de aleaciones de alta-temperatura: cierto fabricante de motores de turbina utiliza la impresión 3D para hacer volutas a partir de aleaciones de alta-temperatura a base de níquel-. Obtiene 100.000 ciclos-libres de fugas en un entorno de alta-temperatura de 600 grados mediante la optimización de la configuración del láser y las estructuras de soporte. Su vida útil es tres veces mayor que la de las piezas fundidas tradicionales y no necesita prensado isostático en caliente posteriormente, lo que acorta el ciclo de fabricación en un 20%.
Disipación de calor efectiva de aleación de cobre: ​​un proveedor de servicios de centro de datos utiliza módulos refrigerados por líquido de aleación de cobre impresos en 3D con una conductividad térmica de 398 W/(m · K). Esto los hace un 60% más efectivos para eliminar el calor que los módulos de aluminio. La impresión integrada elimina el riesgo de fugas de soldadura, lo que reduce el tiempo necesario para depurar el sistema de disipación de calor del servidor de 7 días a 3 días.
Integración funcional de materiales compuestos: la impresión 3D de metal puede hacer que estructuras prácticas como canales de refrigeración, pasadores expulsores y ranuras de escape funcionen juntas. A través del diseño integrado, el número de piezas en un molde interior de un automóvil determinado se ha reducido de 127 a 38. El tiempo que lleva montar el molde se ha reducido en un 70% y la tasa de fugas del molde se ha reducido a menos del 0,1%, ya que hay menos eslabones de sellado.
4, Estudio de caso: el cambio cíclico del laboratorio a la línea de fabricación
En el campo de los moldes médicos, una determinada empresa de dispositivos médicos utiliza tecnología de impresión 3D de metal para fabricar moldes de implantes ortopédicos. El ciclo de moldeo por inyección se reduce de 120 segundos a 75 segundos gracias al diseño de enfriamiento conforme. La estabilidad del tamaño del producto aumenta en un 50% y la capacidad de producción diaria pasa de 500 piezas a 800 piezas. Esto satisface la necesidad de suministros médicos de emergencia.
En la industria de la electrónica de consumo, una empresa que fabrica teléfonos móviles emplea la impresión 3D para fabricar moldes para cubiertas superiores de USB. Al mejorar el diseño de la vía navegable, el ciclo de moldeo de los componentes moldeados por inyección se reduce en un 45% y la tasa de paso directo de los productos aumenta del 82% al 95%. Esto se debe a que el enfriamiento desigual provoca menos defectos superficiales. Esto hace que el tiempo necesario para lanzar nuevos productos sea mucho más corto.
Cierta empresa que fabrica motores de aviones en el área aeroespacial ha comenzado a utilizar moldes de palas de turbina de aleación de titanio impresos en 3D. El peso del molde se ha reducido en un 40% gracias a un diseño liviano y a una mejora de la topología. Además, el ciclo de reparación del molde se ha reducido de 15 días a 3 días desde que disminuyó la deformación del tratamiento térmico. Esto asegura que las palas del motor estén siempre disponibles.