¿Cómo puede la impresión 3D en metal resolver el problema de producción de estructuras de moldes complejas?

1, Un circuito de agua de refrigeración flexible que resuelve el principal problema del moldeo por inyección.
La velocidad de fabricación y la calidad de los productos dependen de qué tan bien se enfríen los moldes de inyección. Los canales de agua de refrigeración de orificios rectos se utilizan en moldes tradicionales. Estos canales son difíciles de adherir a superficies de cavidades complicadas, lo que provoca demasiadas variaciones de temperatura local y defectos en el producto, como deformaciones y marcas de contracción. Utilizando métodos de optimización de topología, la impresión 3D de metal puede crear un canal de agua de refrigeración conforme que se adapta perfectamente a la forma del producto. Esto le permite controlar exactamente la temperatura donde se genera el calor y donde se enfría.
Por ejemplo, el tiempo de enfriamiento del molde de la manija de la puerta del automóvil pasó de 18 segundos a 12 segundos después de usar un canal de agua conformado impreso en 3D. La eficiencia de producción aumentó un 33% y la deformación por alabeo del producto disminuyó de 0,8 mm a 0,2 mm. La tasa de aprobación aumentó del 92% al 98,5%. Más importante aún, este concepto supera las restricciones físicas de los métodos existentes - dentro de una pared central de molde de 0,5 mm de espesor, se puede crear un canal de enfriamiento en espiral con un diámetro de 2 mm para construir una red de enfriamiento tridimensional. El canal de agua conformado en el molde de la carcasa del electrodoméstico impreso por el equipo iSLM420 de Zhongrui Technology mejora la vida útil del molde en un 40 % y reduce el número de grietas causadas por la fatiga térmica en un 75 %.
2, Innovación en estructura reticular: aligerar los moldes y combinar diferentes funciones
En el tema de los moldes de fundición a presión-, la fatiga térmica de los materiales de aleación de alta-temperatura es una de las principales razones por las que no duran tanto como podrían. La impresión 3D en metal utiliza estructuras de celosía biomiméticas para aligerar las cosas, mejorar las vías de conducción del calor y mantenerlas fuertes. El molde de fundición a presión para una pala de motor de avión específica utilizó un diseño de celosía TPMS (superficie mínimamente curvada de tres períodos). Esto redujo el peso del núcleo del molde en un 35 % y duplicó su resistencia al choque térmico. El ciclo de producción continua se alargó de 5000 a 12000 moldes.
Este beneficio estructural es especialmente importante cuando se fabrican piezas para aislamiento. Los mesones de aislamiento en los sistemas de canal caliente estándar son sólidos, pero la impresión 3D puede crear mesones de celosía hexagonales huecos que son un 60% más eficientes para evitar que el calor se mueva desde la placa divisora ​​al molde. Este diseño reduce el ciclo de moldeo por inyección en un 22% y la cantidad de energía utilizada en un 18% en moldes para consumibles médicos.
3, Sistema de escape microporoso: resolver el desafío de la industria de las deficiencias de gases atrapados
Al inyectar moldeo, si el gas dentro de la cavidad del molde no puede liberarse lo suficientemente rápido, podría producir problemas como rayas de gas y quemaduras en la superficie del producto. Hay dos problemas principales con los insertos de acero transpirables tradicionales: primero, solo pueden permitir que el aire fluya en una dirección y, segundo, la tensión tiende a acumularse en el punto donde el área respirable se encuentra con el área densa. La impresión 3D en metal trasciende estos límites y puede generar objetos porosos con transpirabilidad multi-direccional.
El método de acero transpirable de tercera-generación de Laser Luminescent mejora el método de escaneo láser para crear una capa densa y transpirable en la superficie del molde con un tamaño de poro de 0,04 mm. Al mismo tiempo, construye una red de poros conectados tridimensional-dentro del molde. En la aplicación de moldes para tableros de automóviles, este concepto reduce la tasa de defectos de gas atrapado del 15% al ​​0,3%, sin la necesidad de puertos de escape adicionales, lo que simplifica la construcción del molde. Más importante aún, la impresión 3D puede hacer que las piezas transpirables y los cuerpos del molde funcionen juntos, lo que significa que no hay posibilidad de fugas en las costuras como ocurre con los procedimientos de incrustación tradicionales.
4. Fabricación integrada de piezas complejas: cambio de la cadena de valor del procesamiento de moldes
En la fabricación de moldes tradicionales se utiliza la técnica de "elaboración por separado + montaje". Esto significa que piezas importantes como las boquillas calientes, las partes superiores inclinadas y las almohadillas del núcleo del molde deben pasar por varios pasos. La impresión 3D de metal da forma a estos complicados elementos al mismo tiempo utilizando la idea de "fabricación integrada". Por ejemplo, el sistema de boquillas calientes del molde del marco de una determinada marca de teléfono móvil necesita 12 piezas para ensamblarse de la forma habitual. Con la impresión 3D, es posible crear una boquilla caliente completa con un canal de flujo integrado y una ranura de instalación del elemento calefactor. El tiempo de montaje se reduce de 8 horas a 0,5 horas y el problema de rotura causado por la expansión y contracción térmica se soluciona totalmente reduciendo las costuras.
Este cambio es más notorio al realizar piezas con paredes delgadas. El programa de simulación VoxelDance Engineering desarrollado por el método Manga ha resuelto con éxito el problema de deformación de impresión de piezas de paredes delgadas-de acero inoxidable 316L (espesor de pared de 0,3 mm) con el método de "compensación de deformación de escaneo". Este método hace que las piezas para moldes de parrillas de automóviles sean más precisas, pasando de ± 0,5 mm a ± 0,08 mm. También reduce el período de investigación y desarrollo en un 60% y mejora el uso de materiales en un 45%.
5, Integración tecnológica: estableciendo un nuevo paradigma de producción de moldes
La impresión 3D en metal no existe de forma aislada, sino que está completamente entrelazada con tecnologías como el análisis de simulación y la detección inteligente. Las máquinas de Zhongrui Technology tienen un sistema de campo de viento optimizado multi-capa que puede controlar el campo de temperatura del lecho de polvo en tiempo real. También puede cambiar automáticamente la configuración del láser para compensar el estrés térmico y alcanzar una densidad del 99,95% para moldes grandes (como moldes para parachoques de automóviles de 1,2 m × 0,8 m). Utilizando herramientas de análisis de flujo, los diseñadores pueden mejorar la disposición de los canales de agua de refrigeración durante el proceso de modelado, que es una iteración de bucle cerrado-de "impresión de simulación de diseño".
En términos de reconstrucción de modelos de costos, la impresión 3D ha mostrado ventajas únicas. Por ejemplo, fabricar moldes para 1.000 piezas cuesta 280.000 yuanes con los métodos tradicionales (180.000 yuanes para el desarrollo de moldes), pero la solución de impresión 3D cuesta un 20% más por pieza pero no tiene ningún costo de desarrollo de moldes, lo que reduce el costo total a 220.000 yuanes. Cuando la velocidad de iteración del producto excede el período de recuperación de la inversión del molde estándar (generalmente de 12 a 18 meses), la economía de la impresión 3D se vuelve más evidente.