Koje su primjene Laser Powder Bed Melting (LPBF) u proizvodnji kalupa?

1. Tehnički princip: interakcija između mikro kontrole i makro oblikovanja
Glavni dio LPBF tehnologije je mogućnost da se vrlo precizno manipuliše slojem metalnog praha. Postoje tri koraka u toku procesa:
Rasipanje praha: Strugač ravnomjerno raspoređuje metalni prah po platformi za formiranje, čineći sloj praha debljine 20-100 μm. Na gustinu praha direktno utiče veličina čestica. Na primjer, metoda plazma rotirajućih elektroda (PREP) pravi prah Ti-6Al-4V koji ima malu količinu finog praha i dobro teče. Gustoća praha može doseći 55%-60%, što je mnogo bolje od postupka atomizacije gasa (GA).
Laserski snop visoke{0}}e energije (100-1000W) skenira sloj praha duž određene putanje, podižući lokalnu temperaturu iznad tačke topljenja odmah. Ovo stvara rastopljeni bazen koji se brzo stvrdnjava. Možete promijeniti snagu lasera (135–500 W), brzinu skeniranja (900–2000 mm/s) i debljinu sloja (30–50 μm) kako biste dobili pravu veličinu za bazen taline (50–150 μm širok, 10–50 μm dubok) i brzinu hlađenja (10 ⁶–10 ⁶). Ovo će poboljšati mikrostrukturu.
Slaganje sloj po sloj: Izvršite ciklus nanošenja praha i topljenja iznova i iznova dok ne dobijete trodimenzionalni čvrsti dio. Za ovu proceduru nisu potrebni kalupi ili alati za rezanje, a može stvoriti "slobodan dizajn". Posebno je dobar za strukture sa kojima je teško raditi standardnim metodama, kao što su duboke šupljine, nepravilni oblici i tanki zidovi.
2. Glavna prednost je: prevazilaženje četiri glavna problema u izradi kalupa na-staromodan način
Integrirano oblikovanje složenih konstrukcija
LPBF može napraviti dijelove kalupa koje je potrebno obraditi i sastaviti odvojeno koristeći tradicionalne metode. Na primjer, jedna kompanija za proizvodnju guma koristila je LPBF tehnologiju za izradu blokova gumenih kalupa. Ovo je smanjilo tipičan proces, koji je trajao 12 koraka i 45 dana da se završi, na 12 dana za jedan komad i udvostručio efikasnost izrade više delova odjednom. Vijek trajanja kalupa je poboljšan na 200.000 puta, a greška pri montaži smanjena je sa 0,1 mm na 0,02 mm.
Poboljšanje konformnog sistema hlađenja
LPBF može napraviti krug rashladne vode unutar kalupa koji odgovara obliku proizvoda koristeći dizajn optimizacije topologije. Nakon dizajniranja konformnog vodenog kruga za injekcijski kalup kućišta klima uređaja u određenoj kompaniji za proizvodnju kućanskih aparata, efikasnost hlađenja je porasla za 42%, stopa savijanja proizvoda pala je za 67%, a jedan set kalupa uštedio je više od 120000 juana u troškovima električne energije svake godine.
Lagana i funkcionalna integracija
LPBF pomaže kod laganog dizajna, uključujući rešetkasto punjenje i rešetkastu konstrukciju. LPBF je napravio nosač baterije za određeno novo energetsko vozilo od legure aluminijuma. To ga čini 38% lakšim i prolazi test preopterećenja od 150%, što povećava domet za 8%. Ova tehnika također može kombinirati funkcionalne module poput senzora i grijaćih elemenata kako bi "oprema za kalupe" radila zajedno.
Brza iteracija i proizvodnja koja je prilagođena vašim potrebama
LPBF ne treba pripremu kalupa, a promjena dizajna zahtijeva samo promjenu digitalnog modela. Ovo smanjuje vrijeme potrebno za istraživanje i razvoj. Jedna medicinska kompanija koristila je LPBF za izradu ortopedskih kalupa za implantate po narudžbi. Procedura je trajala samo 72 sata od dizajna do isporuke, što je bilo 80% brže od prethodnih metoda. To je također omogućilo verifikaciju nekoliko rješenja u isto vrijeme.
3. Uobičajeni slučaj upotrebe je: Od vrhunske-proizvodnje do masovne proizvodnje u svemirskom području
LPBF se uspješno koristi za izradu kalupa za dijelove koji moraju raditi na visokim temperaturama i pritiscima, kao što su komore za sagorijevanje motora i radijatori turbine. Na primjer, Fraunhofer IGCV u Njemačkoj koristi demonstracijske dijelove raketnog motora napravljene od LPBF-. Područje izloženosti visokim-temperaturama je napravljeno od legure bakra kako bi motor bio energetski efikasniji, dio koji nosi opterećenje je napravljen od čelika visoke-čvrstoće kako bi bio pouzdaniji, a vanjska bakrena rebra služe i za hlađenje i za podršku. Ovi dijelovi su 30% lakši i 25% pouzdaniji od tradicionalnih motora.
posao sa automobilima
LPBF uvelike povećava efikasnost proizvodnje u izradi osnovnih kalupa, uključujući kalupe za{0}}lijevanje pod pritiskom i kalupe za injektiranje optimiziranjem kanala rashladne vode i korištenjem laganih dizajna. Kalup za{2}}lijevanje od legure magnezijuma napravljen od strane dobavljača automobilskih dijelova koji koristi LPBF traje 200.000 ciklusa, što je tri puta duže od tradicionalnih kalupa. Fabrika kalupa za odbojnike koristi tehnologiju velike brzine{6}}za posipanje praha kako bi ubrzala proces izrade jednog kompleta kalupa sa 18 na 11 dana, čime se štedi 15% troškova.
Zdravstvo i potrošačka elektronika
LPBF je odličan za izradu malih, preciznih kalupa. Na primjer, određena 3C fabrika kalupa za proizvode izrađuje kalupe za okvire mobilnih telefona koristeći μ-LPBF tehnologiju (preciznost štampe od 2-5 μm), sa minimalnom veličinom karakteristika od 50 μm i hrapavostom površine Ra<0.8 μm, which meets optical grade standards. A dental company uses LPBF to make personalized invisible appliance molds, and by optimizing the design of the topology, it improves the uniformity of orthodontic force distribution by 40% and raises the patient adaptation rate from 85% to 98%.
4. Industrijski trend: kombinovanje tehnologija i obnova životne sredine
Izrada struktura sa više materijala i nagiba
LPBF može napraviti kalupe za heterogene ili gradijentne materijale upravljanjem sistemom za dovod praha. Na primjer, određena kompanija je napravila kalup za gradijentni materijal u smjeru XY koji koristi leguru na bazi nikla-u zoni visokih-temperatura kako bi je učinio otpornom na toplinu-i leguru bakra u zoni hlađenja kako bi bolje provodio toplinu. Mehanički i termički kvaliteti omogućavaju nesmetan prijelaz, a efikasnost je 50% veća od standardnih višeslojnih kompozitnih kalupa.
Pametno poboljšanje procesa i upravljanje greškama
LPBF može predvidjeti zaostalo naprezanje i deformaciju u realnom vremenu koristeći i termičke mehaničke modele spajanja i metode mašinskog učenja. Na primjer, Autodeskov model konačnih elemenata modelira temperaturna polja i polja naprezanja koja se javljaju tokom laserskog skeniranja. Održava radijalne i obodne vlačne varijacije lopatica turbina od legure titana ispod 5% i produžava njihov vijek trajanja za 30%.
Zelena proizvodnja i cirkularna ekonomija
LPBF materijal ima stopu iskorištenja od 90%, što je 40 procentnih poena više od standardne subtraktivne proizvodnje. Jedna kompanija je podigla stopu recikliranja praha na 85% i smanjila troškove jednog kompleta materijala za kalupe za 20% ponovnom upotrebom praha koji se nije otopio i prosijavanjem. LPBF također ispunjava propise o zelenoj proizvodnji kao što je EU-ova "carbina na ugljenik" jer ne ispušta nikakvu tekućinu za rezanje i koristi vrlo malo energije.