การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถผลิตแม่พิมพ์ปั๊มได้หรือไม่

1. ความเป็นไปได้ทางเทคนิค: ก้าวกระโดดจาก "การตรวจสอบแนวคิด" ไปสู่ ​​"การใช้งานตามขนาด"
ประโยชน์หลักของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะคือช่วยให้ "ออกแบบฟรี" และ "การผลิตที่รวดเร็ว" ด้วยการใช้วิธีการต่างๆ เช่น การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (SLM) และการหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) ผงโลหะสามารถซ้อนทับกันเพื่อสร้างการออกแบบทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้ สิ่งนี้เกินขีดจำกัดของการประมวลผลมาตรฐานบนรูปร่างแม่พิมพ์
ความสามารถในการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน
ในการผลิตแม่พิมพ์ปั๊มแบบดั้งเดิม ช่องน้ำหล่อเย็นจะต้องได้รับการประมวลผลโดยวิธีการต่างๆ เช่น การกัดและการเจาะ อย่างไรก็ตาม การสร้างโพรงที่ซับซ้อนและช่องทางน้ำที่ไม่สม่ำเสมออาจเป็นเรื่องยาก เนื่องจากเครื่องมือในการประมวลผลเข้าถึงได้ยาก ตัวอย่างเช่น วงจรน้ำหล่อเย็นของแม่พิมพ์ปั๊มสำหรับฝาสูบของเครื่องยนต์รถยนต์จำเป็นต้องเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์เพื่อกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ วิธีการแบบดั้งเดิมทำให้ยากต่อการสร้างวงจรน้ำที่ไม่ใช่-เชิงเส้น และการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถสร้างทางน้ำที่ผิดปกติได้โดยตรง เช่น กิ่งก้านเกลียวและกิ่งก้านของต้นไม้เลียนแบบชีวภาพ ทำให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่า 30% และเร่งกระบวนการขึ้นรูปให้เร็วขึ้น บริษัทรถยนต์ที่มีชื่อเสียง-แห่งหนึ่งใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างแม่พิมพ์ปั๊มฝาสูบของเครื่องยนต์ วิธีนี้จะช่วยลดเวลาในการผลิตจากสองเดือนเหลือเพียงสองสัปดาห์ และทำให้แม่พิมพ์มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นมากกว่า 100,000 เท่า
ก้าวสำคัญในการทำงานของวัสดุ
ขณะนี้การพิมพ์โลหะ 3 มิติสามารถสร้างรูปร่างโลหะที่มีความแข็งแรงสูง-ได้อย่างสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าเครื่องมือ H13 สามารถเข้าถึงความแข็ง HRC 50-55 และความทนทานต่อแรงกระแทก 22J หลังจากการพิมพ์ 3 มิติและการบำบัดความร้อน ซึ่งตอบสนองความต้องการของแม่พิมพ์หล่อ-ทั้งความต้านทานการสึกหรอและการแตกร้าว Broadcom Precision ใช้อุปกรณ์ซีรีส์ FS273M ของ Huashu High Tech ในการพิมพ์-เม็ดมีดแม่พิมพ์หล่อ เม็ดมีดเหล่านี้มีขนาดคงที่แม้จะผ่านรอบการปั๊มไปแล้ว 50,000 รอบ และอัตราผลตอบแทนอยู่ที่ 100% นอกจากนี้ การใช้-วัสดุประสิทธิภาพสูง เช่น โลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมที่มีนิกเกิล- ทำให้แม่พิมพ์ที่พิมพ์แบบ 3 มิติมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะรับมือกับสถานการณ์ที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง
นวัตกรรมในการบูรณาการกระบวนการ
เพื่อค้นหาความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ อุตสาหกรรมได้พิจารณาแนวทางการผลิตแบบผสมผสานที่ผสมผสาน "การพิมพ์ 3 มิติและการประมวลผลแบบดั้งเดิม" สาขา Haixi ของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์เครื่องกลทั่วไปได้คิดค้นวิธีการทำแม่พิมพ์ปั๊มร้อน ขั้นแรก พวกเขาบดซับสเตรตของแม่พิมพ์และท่อตรง จากนั้น พวกเขาใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อวางท่อระบายความร้อนที่ผิดปกติไว้ซ้อนกัน ในที่สุด พวกเขาทำให้แน่ใจว่าโพรงแม่พิมพ์นั้นแม่นยำโดยการตัดและขัดมัน ขั้นตอนนี้จะลดปริมาณผงโลหะลง 60% ระยะเวลาที่ใช้ในการประมวลผล 40% และทำให้ท่อระบายความร้อนและโพรงแม่พิมพ์มีขนาดพอดี
2. การตรวจสอบประสิทธิภาพ: การทดสอบความแข็ง อายุการใช้งาน และความแม่นยำสามครั้ง
แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปต้องรับมือกับแรงดันสูงหลายหมื่นหรือหลายล้านครั้ง- และความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความเสถียรของมิติคือสิ่งที่กำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากแม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูป หากต้องการทราบว่าแม่พิมพ์การพิมพ์ 3 มิติโลหะทำงานได้ตามปกติหรือไม่ คุณต้องดูข้อมูลการผลิตจริง
ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอ
การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าแม่พิมพ์เหล็ก H13 ที่พิมพ์ด้วย 3D (HRC 52) มีความแข็งพอๆ กับแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปแบบดั้งเดิม (HRC 50-53) อย่างไรก็ตาม โครงสร้างจุลภาคมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะเริ่มเกิดรอยแตกร้าว เมื่อใช้แม่พิมพ์ปั๊มเพื่อสร้างโครงเบาะรถยนต์ แม่พิมพ์ที่พิมพ์แบบ 3 มิติจะเสื่อมสภาพเร็วกว่าแม่พิมพ์ทั่วไปถึง 40% และรอบการบำรุงรักษาจะใช้เวลา 3 เดือน
ชีวิตแห่งความเหนื่อยล้า
การทดสอบความล้ารอบสูงแสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดความล้าของแม่พิมพ์ที่พิมพ์แบบ 3 มิตินั้นคล้ายคลึงกับขั้นตอนดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องจับตาดูข้อผิดพลาดในการพิมพ์ ตัวอย่างเช่น การไม่หลอมรูพรุนในเทคโนโลยีการหลอมแบบผงเบดอย่างสมบูรณ์อาจทำให้เกิดความตึงเครียดและทำให้อายุการใช้งานของวัสดุสั้นลง ทีมศึกษาได้ปรับปรุงอายุการใช้งานความล้าของแม่พิมพ์ Ti6Al4V ที่พิมพ์ด้วย 3D เป็น 10 ^ 7 รอบ ซึ่งตรงตามเกณฑ์เกรดการบิน โดยการเพิ่มประสิทธิภาพกลยุทธ์การสแกน (การสแกนกระดานหมากรุก) และความแข็งแกร่งของพันธะระหว่างชั้น
ความถูกต้องของมิติ
การพิมพ์โลหะ 3 มิติสามารถแม่นยำได้ภายใน ± 0.05 มม. และวิธีการหลังการประมวลผล- เช่น การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนและการตัดเฉือน CNC อาจกำจัดความเครียดและการบิดเบือนที่เหลืออยู่ได้. 3เทคโนโลยีการพิมพ์ D สามารถสร้างแม่พิมพ์ปั๊มสำหรับกล่องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นสำเนาของพื้นผิวที่แน่นอนที่ระดับ 0.3 มม. พร้อมความหยาบผิว Ra<0.8 μm. This meets the strict appearance standards of the consumer electronics sector.
3. เมื่อใดควรใช้: เปลี่ยนจาก "การผลิตทดลองชุดเล็ก" ไปสู่ ​​"การผลิตขนาดใหญ่-"
ในการพิมพ์โลหะ 3D โครงสร้างต้นทุนแตกต่างจากวิธีการแบบเดิม ราคาของอุปกรณ์และวัสดุสูงขึ้น แต่ขั้นตอนการออกแบบแม่พิมพ์ การทดลองผลิต และการดัดแปลงไม่จำเป็นอีกต่อไป เมื่อขนาดชุดการผลิตเพิ่มขึ้น ต้นทุนโดยรวมก็ลดลง ตอนนี้สามารถใช้ได้ใน 3 สถานการณ์หลัก:
แม่พิมพ์สำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อน
การพิมพ์ 3 มิติสามารถเร่งวงจรการพัฒนาสำหรับแม่พิมพ์ที่มีพื้นผิวละเอียดอ่อน ช่องว่างลึก หรือทางน้ำที่ไม่ตรงได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น บริษัทแห่งหนึ่งใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างแม่พิมพ์สำหรับปั๊มพื้นรองเท้า วิธีนี้จะช่วยลดเวลาที่ใช้ในการออกแบบจาก 6 สัปดาห์เหลือ 10 วัน และยังช่วยให้การออกแบบตามความต้องการเพื่อให้เหมาะกับความต้องการของชุดเล็กๆ และสไตล์ที่หลากหลายอีกด้วย
แม่พิมพ์ที่มีมูลค่าเพิ่มมากมาย
ในด้านต่างๆ เช่น การบินและอวกาศและการดูแลสุขภาพ ความต้องการด้านความแม่นยำและประสิทธิภาพของแม่พิมพ์มีความสำคัญมากกว่าราคาที่จ่ายไปมาก. 3การพิมพ์ D ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการผลิตแม่พิมพ์สำหรับผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์- เช่น จานกังหันสำหรับเครื่องยนต์ของเครื่องบินและข้อต่อเทียม การออกแบบให้มีน้ำหนักเบา (ซึ่งลดน้ำหนักได้ 20% ถึง 30%) และโครงสร้างแบบรวม (ซึ่งลดข้อผิดพลาดในการประกอบ) ถือเป็นข้อดีหลักของมัน
การซ่อมและการสร้างแม่พิมพ์ใหม่
เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ (LC) ที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติอาจช่วยซ่อมแซมแม่พิมพ์ที่สึกหรอได้อย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น บริษัทรถยนต์แห่งหนึ่งใช้เทคโนโลยี LC เพื่อแก้ไขพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูป ซึ่งช่วยลดเวลาการซ่อมแซมจาก 7 วันเหลือ 2 วัน ลดต้นทุนลง 50% และนำแม่พิมพ์กลับมามีความแม่นยำดังเดิม