¿Cómo aplicar la impresión 3D en metal en la industria de moldes para automóviles?

一, Avance tecnológico: de la "fabricación de estructuras complejas" a la "personalización del rendimiento"
El principal beneficio de la impresión 3D en metal es que puede crear cosas con "diseño libre" e "integración del rendimiento de la estructura del material". La fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM) son dos métodos que se pueden utilizar para apilar polvos metálicos capa por capa para crear patrones geométricos complicados. Esta es una gran mejora con respecto al procesamiento estándar de formas de moldes.
1. Canal de refrigeración flexible: un gran paso adelante para el rendimiento del molde
La eficiencia de enfriamiento de los moldes de inyección y-fundición a presión tiene un efecto directo en la calidad y el ciclo del proceso de moldeo del producto. La mayoría de las veces, los canales de agua de refrigeración en los moldes tradicionales son rectos, lo que dificulta su adaptación a la superficie de la cavidad del molde. Esto provoca un enfriamiento desigual y cambia la forma del producto. La impresión 3D de metal puede crear vías fluviales irregulares como ramas de árboles biomiméticas y en espiral. Esto aumenta más de tres veces el área de contacto entre el líquido refrigerante y la cavidad del molde, reduce el ciclo de enfriamiento a la mitad y eleva la tasa de certificación del producto a más del 99%. Por ejemplo, una empresa utilizó tecnología de impresión 3D para fabricar moldes de fundición a presión para culatas de motores. Esto redujo el tiempo de producción de 2 meses a 2 semanas, aumentó la vida útil del molde a más de 100.000 veces y obtuvo una tasa de rendimiento del producto del 100 %.
2. Estructura ligera: la "reducción de peso y mejora de la eficiencia" de los moldes
Los moldes de automóviles deben poder soportar temperaturas y presiones muy altas. Para asegurarse de que sean fuertes, los diseños tradicionales generalmente utilizan estructuras sólidas. Esto hace que el molde sea pesado y le da mucha inercia, lo que hace que el procesamiento sea menos preciso y menos eficiente. Utilizando tecnologías de optimización de topología, la impresión 3D de metal puede hacer que el molde sea entre un 20 % y un 30 % más ligero y al mismo tiempo mantenga su robustez. Por ejemplo, una determinada empresa de automóviles fabrica moldes para carcasas de accionamiento eléctrico de aleación de aluminio utilizando tecnología de impresión 3D. Al emplear molduras integradas y diseñar paredes que son muy delgadas, el peso de la carcasa se reduce en un 20 %, el proceso de mecanizado se reduce en un 50 % y la tasa de utilización del material aumenta en un 40 %.
3. Un gran cambio en el funcionamiento de los materiales: de la "Universalización" a los "Escenarios"
Los nuevos materiales de impresión 3D en metal permiten fabricar moldes que funcionan de diferentes maneras. Puede utilizar acero para herramientas H13 estándar, aleaciones de alta-entropía o materiales funcionales degradados para crear moldes impresos en 3D-que sean más duros, más resistentes al desgaste y la corrosión y mejores para usos variados. Por ejemplo, una empresa ha fabricado polvo de acero H13 reforzado con nanocarburo de tungsteno, lo que hace que el molde sea más duro hasta HRC 60 manteniendo su gran tenacidad. Esto satisface las necesidades de alta temperatura y alta presión de los moldes de discos de turbinas de motores de aviones.
2. Escenarios de aplicación: de la "validación de prototipos" a la "producción a gran-escala"
Los moldes de impresión 3D de metal tienen una estructura de costos 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. El costo total disminuye a medida que aumenta el tamaño del lote de fabricación. Actualmente se puede utilizar en tres situaciones principales:
1. Moldes de estructuras complejas: superando los límites de la fabricación tradicional
La impresión 3D puede acelerar mucho el ciclo de desarrollo de moldes con texturas delicadas, huecos profundos o ríos que no son rectos. Por ejemplo, una empresa utiliza la impresión 3D para fabricar moldes para estampar patrones de suelas de zapatos. Esto reduce el tiempo que lleva pasar del diseño a la entrega de seis semanas a diez días y permite una personalización personalizada para satisfacer las necesidades de pequeñas cantidades y una amplia gama de productos. La COMAC C929 emplea SLM para imprimir moldes de soporte de alas de aleación de titanio en el negocio aeroespacial. Esto hace que los moldes sean mucho más ligeros y resistentes.
2. Moldes con mucho valor añadido: garantizan rendimiento y precisión.
En el ámbito de los vehículos de nueva energía, los moldes para piezas fundamentales como baterías y motores deben ser muy precisos y funcionar bien.. 3La tecnología de impresión D puede fabricar moldes con "moldeo único-, lo que evita que se acumulen fallas cuando los moldes se sujetan varias veces en los procedimientos tradicionales. Por ejemplo, una empresa de vehículos de nueva energía ha utilizado tecnología de impresión 3D para fabricar moldes de moldeado de chasis integrados, lo que reduce las operaciones de soldadura, hace que los vehículos sean más resistentes y acelera los ciclos de desarrollo de moldes en un 80 %.
3. Reparación y remanufactura de moldes: reducción de costes durante todo el ciclo de vida
Para arreglar un molde a la antigua-forma antigua, debes cortar las capas dañadas usando alambre y descarga eléctrica, y luego volver a soldarlas. Esto lleva mucho tiempo y cuesta mucho dinero.. 3La tecnología de impresión D puede realizar "reparaciones precisas" en las áreas dañadas del molde, y la tecnología de deposición de revestimiento por láser (LC) puede devolver rápidamente el molde a su tamaño y rendimiento originales. Por ejemplo, una empresa 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 gastos en un 50 % y recuperó la precisión original del molde.
3, Tendencias de la industria: de la "sustitución tecnológica" a la "reestructuración ecológica"
Para que los moldes metálicos de impresión 3D sean más comunes, necesitamos superar tres grandes problemas: el coste de los materiales, la estandarización del proceso y la estabilidad del equipo. En este momento, la industria está impulsando el uso de la tecnología de las siguientes maneras:
1. Nuevos materiales: facilitando su uso
La investigación y el desarrollo de nuevos polvos metálicos están trabajando para encontrar un equilibrio entre bajo coste y buen rendimiento. Por ejemplo, una empresa fabricó material de nailon PA11 de base biológica- extrayendo plantas de ricino. Esto reduce los costos en un 30% en comparación con los plásticos de ingeniería tradicionales y, al mismo tiempo, mantiene excelentes propiedades mecánicas, lo que lo hace perfecto para fabricar moldes para interiores de automóviles. El estudio y el desarrollo de nuevos materiales, como aleaciones de alta-entropía y materiales funcionales degradados, también permitirán utilizar moldes impresos en 3D-en situaciones en las que deben poder soportar altas temperaturas y corrosión.
2. Producción inteligente: hacer las cosas más rápidas y precisas
La optimización de parámetros de IA y las tecnologías de monitoreo en línea pueden cambiar la configuración de impresión en tiempo real para eliminar fallas. Por ejemplo, una empresa ha lanzado una función de injerto automático que mantiene el error de empalme del molde dentro de 0,05 mm mediante el uso de una ubicación de referencia. Esto hace posible producir-moldes grandes en masa. La tecnología IoT también puede permitirle monitorear y reparar elementos a distancia, lo que reduce los gastos de funcionamiento y mantenimiento y los hace más confiables.
3. Trabajar juntos en la cadena industrial para crear una ecología abierta
Las empresas que fabrican equipos, suministran materiales y fabrican moldes están trabajando juntas para crear una solución completa de "hardware+materiales+servicios". Por ejemplo, una empresa ofrece una solución completa de "equipo+proceso+consumibles". Su equipo UM600MT tiene un tamaño de conformado de 400 mm × 600 mm × 500 mm, que es lo suficientemente grande como para imprimir moldes de automóviles enormes. Además, la plataforma en la nube vincularía recursos de diseño de todo el mundo con nodos de fabricación en diferentes áreas, creando un nuevo modelo de negocio llamado "impresión local y distribución global".