การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถสร้างโพรงแม่พิมพ์ได้โดยตรงหรือไม่

ประการที่หนึ่ง ความเป็นไปได้ทางเทคนิค: การย้ายจากห้องปฏิบัติการไปยังสายการผลิต
1. ครอบคลุมระบบวัสดุอย่างสมบูรณ์
ขณะนี้การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถทำงานได้กับวัสดุทั้งหมดที่ใช้ทำแม่พิมพ์โดยทั่วไป ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการหลอมด้วยผงเลเซอร์ด้วยเลเซอร์ (LPBF) อาจพิมพ์วัสดุแม่พิมพ์แบบคลาสสิก รวมถึงเหล็กกล้าเครื่องมือ H13, เหล็กกล้าแม่พิมพ์ P20 และเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก 1.2709 ด้วยการปรับ-การตั้งค่ากระบวนการอย่างละเอียด การวัดที่สำคัญ เช่น ความแข็ง ความเหนียว และความต้านทานการสึกหรอของชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้ตรงหรือเกินข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการตีวัสดุ ตัวอย่างเช่น บริษัทแห่งหนึ่งใช้เทคโนโลยี LPBF เพื่อสร้างรูแม่พิมพ์จากเหล็ก H13 ความแข็งเพิ่มขึ้นถึง 52HRC หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน และอายุความล้าจากความร้อนยาวนานกว่าการประมวลผลทั่วไปถึง 40% สามารถรองรับรอบการฉีดขึ้นรูปได้มากกว่า 500,000 รอบ
การพิมพ์โลหะ 3D แสดงให้เห็นว่ามีประโยชน์เป็นพิเศษในด้านของวัสดุเฉพาะ เนื่องจากผู้คนต้องการวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงและทนทานต่อการกัดกร่อน บริษัทจึงสร้างกระบวนการพิมพ์โลหะผสมทองแดง-ขึ้นมา กระบวนการนี้มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูงถึง 380W/(m · K) ซึ่งสูงกว่าแม่พิมพ์ทองแดงเบริลเลียมแบบดั้งเดิมถึง 25% เนื่องจากผู้คนต้องการวัสดุที่มีน้ำหนักเบา เทคโนโลยีการพิมพ์อลูมิเนียมอัลลอยด์และโลหะผสมไททาเนียมจึงสามารถลดน้ำหนักของแม่พิมพ์ได้ 30% ถึง 50% ในขณะที่ยังคงความแข็งแรงของโครงสร้างไว้
2. ความก้าวหน้าที่ไม่ จำกัด ในความซับซ้อนของโครงสร้าง
การทำแม่พิมพ์แบบดั้งเดิมถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดทางเรขาคณิตของการประมวลผลแบบลบ ในการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน ต้องใช้วิธีการต่างๆ เช่น การแยก การประกบ และการเชื่อม ซึ่งทำให้แม่พิมพ์มีความแม่นยำน้อยลงและทำให้อายุการใช้งานสั้นลง การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนได้ทันที โดยเฉพาะรูปทรงใหม่ เช่น ช่องระบายความร้อนที่เป็นไปตามรูปร่าง เหล็กระบายอากาศ และการเติมดอทเมทริกซ์
ตัวอย่างเช่น วิธีการขุดเจาะแบบดั้งเดิมสามารถทำได้เพียงสร้างช่องทางน้ำที่เป็นเส้นตรงหรือเรียบง่าย-เท่านั้น ในทางตรงกันข้าม การพิมพ์ 3 มิติสามารถสร้างช่องทางน้ำที่ผิดปกติ เช่น เกลียว กิ่งไม้ และรูปทรงหลอดเลือดดำของใบเลียนแบบชีวภาพ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็นได้มากกว่า 40% หลังจากใช้การออกแบบคลองที่ปรับให้เหมาะสมโทโพโลยีสำหรับแม่พิมพ์สำหรับแถบตกแต่งสำหรับกรอบประตูรถยนต์ เวลาที่ใช้ในการทำชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นเพิ่มขึ้นจาก 120 วินาทีเป็น 75 วินาที และอัตราผลตอบแทนเพิ่มขึ้นจาก 89% เป็น 98% บริษัทที่ผลิตเหล็กระบายอากาศสามารถจัดการรูรับแสงขนาด 0.04 มม. ได้อย่างแม่นยำโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ที่มีชั้นรูพรุน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพไอเสียของแม่พิมพ์เป็นสามเท่าและแก้ไขปัญหา เช่น รอยเชื่อมและฟองอากาศที่เกิดขึ้นเมื่อก๊าซติดอยู่
3. ปรับปรุงคุณภาพของพื้นผิวและความแม่นยำอย่างต่อเนื่อง
การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะในยุคแรกพบความยากลำบากในการตอบสนองความต้องการที่มีความแม่นยำสูง-ในการทำแม่พิมพ์ เนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างชั้นไม่แข็งแรงเพียงพอและพื้นผิวหยาบเกินไป แต่ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้วด้วยความก้าวหน้าทางเทคนิค ในขณะนี้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะระดับไฮเอนด์-สามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำด้านมิติที่ ± 0.05 มม. และความขรุขระของพื้นผิว Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.6 μ m เมื่อใช้ร่วมกับการขัด พ่นทราย และขั้นตอนอื่นๆ ก็สามารถทำให้พื้นผิวเรียบเหมือนกระจกได้
ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี TrueShape ของ Mantle ใช้การผสมผสานระหว่าง "เครื่องจักรกลซีเอ็นซี 3- แกน + การเขียนแบบและการพิมพ์ + การออกแบบซอฟต์แวร์" เพื่อทำให้โพรงแม่พิมพ์มีความแม่นยำมาก กระบวนการนี้จะพิมพ์โพรงแม่พิมพ์เหล็ก H13 ที่มีความหยาบผิว Ra เพียง 0.8 μm ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้สำหรับการฉีดขึ้นรูปที่มีความเงาสูงได้ทันทีโดยไม่จำเป็นต้องขัดเงาก่อน เทคโนโลยีนี้ยังช่วยให้สามารถพิมพ์คอมโพสิตหลาย-วัสดุ ซึ่งสามารถเคลือบสารต้านทานการสึกหรอบนพื้นผิวของแม่พิมพ์ได้ ซึ่งจะทำให้แม่พิมพ์มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าวิธีแบบเดิมถึงสามเท่า
2 การปฏิบัติทางอุตสาหกรรม: จากการทดสอบแนวคิดไปจนถึงการใช้งานในวงกว้าง
1. แม่พิมพ์สำหรับยานยนต์: การปฏิวัติสองเท่าในด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ
การพิมพ์โลหะ 3 มิติได้ก้าวไปไกลกว่าขั้นตอนการตรวจสอบแนวคิด ไปสู่การใช้งานขนาดใหญ่-ในขอบเขตของแม่พิมพ์รถยนต์ บริษัทแห่งหนึ่งที่ผลิตรถยนต์ใช้เทคโนโลยี LPBF เพื่อสร้างแม่พิมพ์สำหรับฝาสูบของเครื่องยนต์ รอบการฉีดขึ้นรูปสั้นลง 37.2% และราคาของแต่ละรายการลดลง 22% เมื่อมีการปรับปรุงการออกแบบช่องน้ำหล่อเย็นตามแบบ สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่าคือเทคโนโลยีนี้สามารถ "แม่พิมพ์ครั้งเดียว" ได้โดยไม่ต้องรอให้แม่พิมพ์เปิด ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่จาก 6 เดือนเหลือ 2 เดือน และเร่งเวลาปฏิกิริยาในตลาดได้มาก
การพิมพ์โลหะ 3 มิติยังใช้งานได้ดีสำหรับการผลิตแม่พิมพ์น้ำหนักเบาอีกด้วย บริษัทรถยนต์พลังงานแห่งใหม่แห่งหนึ่งผลิตแม่พิมพ์ถาดแบตเตอรี่โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะผสมอลูมิเนียม น้ำหนักของแม่พิมพ์ลดลง 45% และพลังงานที่ใช้ในการฉีดขึ้นรูปลดลง 18% ทั้งหมดนี้ยังคงความแข็งแรงของแม่พิมพ์ไว้ แม่พิมพ์ผ่านกระบวนการฉีดขึ้นรูปถึง 200,000 รอบ และทำงานได้ดีและเชื่อถือได้
2. แม่พิมพ์ทางการแพทย์: วิธีที่ดีที่สุดในการทำสิ่งต่าง ๆ ตามที่คุณต้องการ
วงการแพทย์ต้องการแม่พิมพ์ที่มีความเฉพาะเจาะจงและเป็นรายบุคคล และการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเป็นวิธีที่ดีที่สุด บริษัทที่ผลิตแม่พิมพ์สำหรับการปลูกถ่ายกระดูกใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โคบอลต์โครเมียมอัลลอยด์เพื่อสร้างแม่พิมพ์ที่ "เฉพาะเจาะจงสำหรับผู้ป่วย" แบบจำลองดิจิทัลของแม่พิมพ์ถูกสร้างขึ้นทันทีโดยรับข้อมูลกระดูกจากคนไข้ผ่าน CT scan แม่พิมพ์สามารถมีความแม่นยำภายใน 0.02 มม. หลังจากการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งหมายความว่าแม่พิมพ์จะพอดีกับร่างกายของผู้ป่วยทุกประการ เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้มากกว่า 5,000 หัตถการ ช่วยลดระยะเวลาในการพักฟื้นหลังการผ่าตัดลงได้ 30% และจำนวนภาวะแทรกซ้อนเหลือน้อยกว่า 1%
การพิมพ์โลหะ 3 มิติยังมีประโยชน์ที่โดดเด่นในด้านแม่พิมพ์อุปกรณ์ทางการแพทย์อีกด้วย บริษัทแห่งหนึ่งสร้างแม่พิมพ์ใส่ขดลวดหัวใจโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะผสมไททาเนียม ความเสี่ยงของการเกิดลิ่มเลือดจะลดลงอย่างมากโดยการทำให้พื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์เรียบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งช่วยลดความหยาบผิวของขดลวด Ra ให้เหลือน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2 μm แม่พิมพ์นี้ได้รับการรับรองจาก FDA และเป็นแม่พิมพ์ใส่ขดลวดหัวใจที่พิมพ์แบบ 3 มิติ- แห่งแรกในโลก
3. แม่พิมพ์การบินและอวกาศ: การใช้วัสดุประสิทธิภาพสูง-ให้เกิดประโยชน์สูงสุด
อุตสาหกรรมเครื่องบินต้องการแม่พิมพ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง แข็งแรงมาก และมีน้ำหนักเบามาก การพิมพ์โลหะ 3 มิติเป็นวิธีใหม่ในการทำเช่นนี้ บริษัทบางแห่งผลิตแม่พิมพ์สำหรับใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะผสมที่มีนิกเกิล- น้ำหนักของแม่พิมพ์ถูกตัดลง 35% โดยการปรับโครงสร้างการเติมตาข่ายให้เหมาะสม และคงความเสถียรที่อุณหภูมิสูง 1200 องศา แม่พิมพ์ผ่านการทดสอบวงจรความร้อนปี 2000 และประสิทธิภาพดีกว่าแม่พิมพ์หล่อทั่วไปมาก
การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะยังทำงานได้ดีมากสำหรับการผลิตแม่พิมพ์สำหรับชิ้นส่วนดาวเทียม บริษัทแห่งหนึ่งสร้างแม่พิมพ์ยึดดาวเทียมโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะผสมอลูมิเนียม ด้วยการใช้การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี น้ำหนักของแม่พิมพ์จะลดลง 60% ในขณะที่ยังสามารถรับน้ำหนักได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการยิงจรวด แม่พิมพ์นี้ถูกใช้เพื่อสร้างดาวเทียมมากกว่า 10 ดวง และทำงานได้ดีและสม่ำเสมอ