¿Por qué la industria del molde está adoptando cada vez más la impresión 3D en metal?

1. La libertad de diseño rompe los límites de la fabricación tradicional.
La fabricación de moldes tradicional tiene algunas limitaciones, como la facilidad para acceder a las herramientas y la estabilidad de las abrazaderas. Además, con frecuencia es necesario ensamblar estructuras internas complejas a partir de varias piezas, lo que las hace menos precisas y cuesta más. Con la fabricación aditiva capa por capa, la impresión 3D en metal elimina por completo los límites del diseño:
Innovación de canales de enfriamiento conformes: es difícil lograr un enfriamiento uniforme utilizando canales de enfriamiento de orificios rectos estándar en moldes de inyección, lo que puede provocar tasas de deformación del producto de hasta un 15 % a un 20 %.. 3La impresión D puede generar ríos que no son rectos, incluidas espirales y dendritas. Esto hace que el enfriamiento sea un 40% más efectivo y reduce el ciclo de moldeo entre un 30% y un 50%. Por ejemplo, cuando los teléfonos Huawei cambiaron al diseño de canal optimizado con topología-para el molde del marco, se necesitaron 75 segundos en lugar de 120 segundos para fabricar un componente, y la tasa de rendimiento aumentó del 89 % al 98 %.
Implementación de estructuras livianas: al crear estructuras biomiméticas como estructuras de celosía y nervaduras de refuerzo de paredes delgadas-, el molde se puede hacer entre un 30% y un 50% más liviano sin perder resistencia. En comparación con los moldes de forja típicos, los moldes de aleación de titanio específicos fabricados para motores de aviones son un 42 % más ligeros y tienen una resistencia a la tracción de 2000 MPa. Esto abarata mucho el transporte y la instalación.
Fabricación integrada funcional: la impresión 3D puede agregar directamente sensores, componentes de calefacción, sistemas de enfriamiento y otros módulos al cuerpo del molde, lo que reduce la cantidad de pasos necesarios para ensamblar las cosas. Una empresa de Shenzhen inventó un molde inteligente de control de temperatura que utiliza cables calefactores de microcanales impresos en 3D- para ajustar la temperatura con una precisión de ± 1 grado. Esto ahorra el 65% de la energía utilizada por los métodos existentes.
2. Reconstrucción del coste del ciclo de vida completo.
La impresión 3D en metal está cambiando la forma en que funciona el negocio de los moldes, haciéndolo más eficiente y rentable-al utilizar materiales de una manera más metódica.
Un gran paso adelante en el uso de los materiales: la tasa de pérdida de material en la fabricación sustractiva tradicional alcanza entre el 70% y el 80%, pero la impresión 3D casi no genera desperdicio. La tecnología de circulación de polvo de aleación de titanio de AVIC Maite recupera el 99,2 % del polvo y reduce el coste de los materiales de un solo molde en un 58 %.
Flujo de procesamiento más sencillo: por ejemplo, fabricar moldes para parachoques de vehículos de forma convencional requiere 23 pasos y 12 máquinas, y el proceso puede tardar hasta 45 días. Con la impresión 3D, solo se necesitan 3 pasos, el tiempo del ciclo se reduce a 7 días y el costo del equipo se reduce en un 82%.
Ampliación de la vida útil de los moldes: al optimizar el diseño de equilibrio térmico, la vida útil de la fatiga térmica de los moldes impresos en 3D aumenta de 2 a 3 veces. Según datos de una determinada empresa de fundición-a presión, el uso de moldes de cubos de ruedas de aleación de aluminio con enfriamiento conforme ha mejorado la vida útil de 80 000 a 220 000 veces y ha reducido el costo por pieza en un 64 %.
3. La velocidad de respuesta restablece la competitividad del mercado.
En una época en la que la gente quiere productos personalizados y las empresas cambian constantemente, la velocidad de fabricación de moldes se ha convertido en un factor competitivo clave:
La impresión 3D puede reducir el tiempo que lleva fabricar un prototipo de molde de semanas a horas. Esto se llama compresión del ciclo de validación del diseño. Xiaomi ha utilizado las impresoras de la serie Muees de Liantai Technology para acelerar el desarrollo de moldes de bisagras para pantallas plegables de 6 meses a 50 días, aprovechando una oportunidad de mercado.
La rentabilidad-de la producción a pequeña-escala: si un molde produce menos de 5000 piezas al año, la impresión 3D cuesta entre un 23 % y un 35 % menos que otros métodos. Mediante la impresión 3D, un fabricante de equipos médicos ha reducido el precio de los moldes de implantes ortopédicos personalizables de 12.000 yuanes a 4.800 yuanes. Esto ayudará a que la atención médica personalizada sea más común.
Iteración del diseño sin costo: cuesta mucho volver a abrir un molde para realizar cambios, pero con la impresión 3D, solo es necesario cambiar el modelo digital para obtener el mejor diseño. Se ha mejorado tres veces el molde de la puerta del Tesla Model Y, elevando la tasa de dibujo del 82 % al 91 % sin añadir ningún coste al proceso de fabricación.
4. Los nuevos materiales abren nuevos usos a los existentes.
La nueva técnica del polvo metálico permite realizar moldes de nuevas formas:
Uso de materiales de alto-rendimiento: el polvo de aleación de titanio del proceso PREP de Xi'an Sailong tiene un contenido de oxígeno inferior al 0,013 % y una esfericidad del 98,5 %. Se puede utilizar para imprimir directamente moldes de grado-de aviación. Después de emplear este material para el molde de la boquilla de combustible del avión C919, ahora puede soportar temperaturas hasta 150 grados centígrados más altas y durar tres veces más que los métodos estándar.
Cómo utilizar materiales degradados: utilizando la técnica de mezcla de polvos multi-capas, es posible crear moldes degradados funcionales. El molde de la cámara de empuje de cierto motor de cohete utiliza una estructura de gradiente de "aleación de alta temperatura- basada en níquel-+ base de cobre- de alta-conductividad". Esto no solo cumple con los requisitos de resistencia a altas-temperaturas, sino que también enfría el motor de manera eficiente, lo que lo hace un 28 % más liviano que el esquema de aleación general.
Avance en biocompatibilidad: impresión 3D de moldes porosos de aleación de titanio en la industria médica, con porosidad controlada entre 60% y 80% y tamaño de poro de 300-500 μm, lo que favorece la proliferación de células óseas. Los datos clínicos indican que la tasa de fusión ósea de los dispositivos de fusión intervertebral fabricados con esta tecnología ha aumentado del 75% en los métodos convencionales a más del 95%.
5. Durante el proceso de reconstrucción del ecosistema industrial
La impresión 3D en metal está cambiando la industria del molde, haciéndola más inteligente y más orientada-a los servicios:
Digital Manufacturing Network es una plataforma de impresión en la nube creada por empresas como Yunyao Shenwei. Permite que los datos de diseño global y la producción regional trabajen juntos sin ningún problema. Esta tecnología ha hecho posible que una empresa automotriz global maneje pedidos de moldes de 23 plantas en todo el mundo en un solo lugar. Esto ha reducido los costos de envío en un 41% y ha aumentado la rotación de inventario en 2,7 veces.
Modo de producción bajo demanda: la fábrica compartida de polvo metálico de Willari tiene impresoras 200 3D que pueden fabricar moldes de tamaño pequeño y mediano-en menos de 72 horas. Este concepto de "fabricación distribuida+suministro centralizado" reduce los gastos de inventario de moldes en un 68 % y acelera el tiempo de respuesta cinco veces.
Conjunto completo de estándares técnicos: El Comité Técnico Nacional de Estandarización de Fabricación Aditiva ha publicado 47 estándares industriales que cubren áreas importantes como qué tan bien funcionan los polvos, qué tan precisa es la impresión y cómo procesar las impresiones una vez realizadas. La agencia de certificación CE de la UE ha aceptado la "Especificación de aceptación para moldes de impresión 3D de metal" liderada por AVIC Maite como estándar de reconocimiento mutuo en todo el mundo.