¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar la impresión 3D en metal en la fabricación de moldes?

1. Superar los límites del diseño: crear estructuras complejas de forma libre-
La lógica de "eliminación de material" del procesamiento sustractivo limita la fabricación de moldes tradicionales. Puede resultar difícil crear canales de flujo internos complejos, superficies irregulares y otras estructuras, o puede requerir la unión de varias piezas, lo que aumenta los costos y reduce la confiabilidad. La característica de "apilamiento capa por capa" de la impresión 3D de metal desafía por completo esta barrera. Sus principales beneficios son:
Diseño de un canal de agua de refrigeración conforme: con la tecnología de fusión por lecho de polvo por láser (LPBF), se pueden producir directamente geometrías de canal de flujo en espiral, de malla o biomiméticos que se ajusten firmemente a la cavidad del molde. Por ejemplo, Conflux Technology en Australia ha fabricado un intercambiador de calor impreso en 3D-para el sector aeroespacial con paredes que tienen solo 0,3 mm de espesor en el interior. En comparación con diseños anteriores, la eficiencia del intercambio de calor aumenta un 40 % y la caída de presión disminuye un 25 %.
Fabricación integrada de boquillas calientes: las boquillas calientes tradicionales deben ensamblarse a partir de varias piezas. La impresión 3D de metal puede crear el cuerpo de la boquilla caliente, la ranura del elemento calefactor y el canal de flujo al mismo tiempo. Esto reduce los espacios y roturas que se producen cuando las piezas se expanden y contraen debido al calor, y también hace que el proceso de inyección sea más estable.
Moldes con patrones complicados: es difícil crear estructuras complicadas a micro-escala con métodos tradicionales, como bloques con patrones de neumáticos de caucho y moldes con patrones de suelas de zapatos. La impresión 3D en metal puede realizar impresiones sin soporte mediante el uso de control de puntos de alta-precisión (como el proceso LPBF a microescala, que tiene un diámetro de punto de solo 20 μm) y valores Ra de rugosidad superficial tan bajos como 0,8 μm. Esto reduce la necesidad de pulir posteriormente.
2. Acortamiento del ciclo de fabricación: de semanas a 48 horas
La fabricación de moldes tradicionales requiere más de diez pasos, como el diseño del molde, el mecanizado CNC, el tratamiento térmico, el ensamblaje y la resolución de problemas. Todo el proceso puede llevar semanas o incluso meses. El modelo de "diseño como producción" de impresión 3D de metal facilita el proceso al incluir modelado 3D, procesamiento de corte, moldeo por impresión y pos-procesamiento. Esto reduce el tiempo que lleva entregar el producto.
Verificación de la creación rápida de prototipos: cierto fabricante de piezas de automóviles ha comenzado a utilizar la impresión 3D de metal para reducir el tiempo que lleva fabricar un molde de inyección difícil de 15 días a 3 días, lo que acelera el proceso de fabricación de nuevos productos.
Producción personalizada a pequeña-escala: la impresión 3D de metal se puede utilizar para fabricar piezas metálicas interiores para automóviles personalizados-de alta gama o piezas de transmisión especializadas para autos de carreras. No requiere abrir un molde, lo que reduce el coste de cada pieza en un 30% en comparación con los métodos tradicionales y facilita cambiar el diseño con frecuencia.
Respuesta de mantenimiento de emergencia: en el sector de equipos energéticos, una determinada empresa utilizó tecnología de impresión 3D de metal para reparar la voluta de la bomba de aleación de alta-temperatura en menos de 48 horas, evitando pérdidas por el apagado del equipo.
3. Mejorar el rendimiento y la eficiencia de la producción optimizando el rendimiento de refrigeración.
La calidad de las piezas moldeadas por inyección se ve muy afectada por el sistema de enfriamiento del molde. Debido a su disposición limitada, los canales de enfriamiento tradicionales de orificio recto pueden causar temperaturas inconsistentes en el molde, lo que puede provocar problemas que incluyen la flexión y la deformación del producto. El método de enfriamiento conformado para la impresión 3D en metal logra grandes mejoras en el rendimiento a través de tres formas principales:
El diseño del canal de flujo biomimético garantiza que el agua de refrigeración cubra uniformemente la cavidad del molde, lo que mantiene uniforme el campo de temperatura. La tasa de deformación del producto disminuyó del 0,8% al 0,2% y su tasa de rendimiento aumentó al 99,5% después de que cierto molde de conector eléctrico utilizara un canal de agua conformado impreso en 3D.
Zhongrui Technology fabricó un molde para carcasa de aire acondicionado para una empresa de electrodomésticos para acortar el ciclo de moldeo. Al mejorar la disposición del canal de enfriamiento, el ciclo de moldeo por inyección pasó de 45 segundos a 30 segundos y la capacidad de fabricación anual de un dispositivo aumentó en 120.000 piezas.
Menor uso de energía: CoolestDC en Singapur produjo una placa refrigerada por líquido impresa en 3D-con un diseño integrado sin costuras que utiliza un 15 % menos de energía que las placas típicas soldadas refrigeradas por líquido y no tiene posibilidad de fugas.
4. Diseño liviano: ahorra dinero en materiales y envío
El peso del molde tiene un impacto directo en la cantidad de energía utilizada en el procesamiento, el costo de envío y la seguridad durante el trabajo. La tecnología de optimización de la topología en la impresión 3D de metal puede eliminar la mayor cantidad de material y al mismo tiempo mantener la estructura fuerte.
Un molde de fundición a presión-específico utiliza una estructura de soporte de celosía de diamante-impresa en 3D que lo hace un 35 % más ligero y un 20 % más-duradero.
Diseño modular: los moldes grandes se pueden dividir en módulos más pequeños y livianos para imprimir. Luego, estos módulos se pueden ensamblar mediante conexiones mecánicas para reducir el riesgo de transportar una sola pieza. Por ejemplo, una empresa que fabrica equipos de energía eólica cortó un molde para una pala de 2-metros de diámetro en 8 piezas, lo que redujo los costos de envío en un 40%.
Integración funcional: la impresión 3D en metal puede combinar canales de enfriamiento, pasadores expulsores, ranuras de escape y otros componentes funcionales, lo que reduce la cantidad de piezas necesarias para un molde. El diseño integrado ha reducido el número de piezas en un determinado molde de parachoques de automóvil de 127 a 38, y el tiempo que lleva ensamblarlas se ha reducido en un 70%.
5. Compatibilidad de materiales: funciona con metales y materiales compuestos de alto-rendimiento
La fabricación de moldes tradicionales utiliza principalmente acero para moldes y aleaciones de aluminio, pero la impresión 3D de metal puede utilizar materiales únicos como aleaciones de titanio, aleaciones de alta-temperatura y aleaciones de cobre para funcionar en entornos muy hostiles.
Cierto fabricante de motores de turbina en el área aeroespacial emplea volutas de aleación de titanio impresas en 3D para mejorar el diseño de la ruta del flujo de aire. Esto hace que la relación empuje-a-peso sea un 5% mayor y la resistencia a temperaturas de hasta 600 grados.
Una empresa de energía nuclear utiliza válvulas de aleación de alta temperatura-a base de níquel-impresas en 3D en el área de equipos de energía para obtener 100.000 ciclos sin fugas-a 10 MPa y 550 grados. Estas válvulas duran tres veces más que las piezas fundidas estándar.
Disipación de calor microelectrónica: un proveedor de servicios de centro de datos emplea módulos -enfriados por líquido de aleación de cobre- impresos en 3D con una conductividad térmica de 398 W/(m · K). Esto hace que la disipación de calor sea un 60% más eficiente que los módulos de aluminio.