สามารถผลิตแม่พิมพ์ขนาดใหญ่-ผ่านการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะได้หรือไม่

1. ก้าวสำคัญในการพิมพ์โลหะ 3 มิติขนาดใหญ่-: จากห้องปฏิบัติการไปจนถึงโรงงาน
แนวคิดหลักเบื้องหลังการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะคือการเรียงวัสดุโลหะซ้อนกันและใช้ลำแสงพลังงานสูง- เช่น เลเซอร์หรือลำอิเล็กตรอนเพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนโดยตรง เมื่อพูดถึงการผลิตแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ มีความก้าวหน้าอย่างมากในสามด้าน:
ขยายรูปแบบของอุปกรณ์
อุปกรณ์เลเซอร์เรเดียม LiM-X1500H สามารถขึ้นรูปชิ้นงานที่มีขนาด 1290 มม. × 1180 มม. × 506 มม. สามารถพิมพ์เครื่องยนต์การบินทั้งส่วนกลมและสี่เหลี่ยมได้พร้อมกัน มีโครงสร้างกลวงและเสริมซี่โครงจำนวนมากในส่วนนี้ ขั้นตอนแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีการประมวลผลแบบบล็อกและการประกบ ในขณะที่เทคโนโลยี SLM ลดวงจรการผลิตลงมากกว่า 50% และใช้วัสดุมากกว่า 90% ผ่านการขึ้นรูปแบบรวม ที่สำคัญกว่านั้น อุปกรณ์ LiM-X800H+ ซึ่งเปิดตัวในปี 2024 มีความสูงในการขึ้นรูปสุทธิ 2.5 เมตร และสามารถสร้างส่วนประกอบโครงสร้างเกลียวโลหะผสมไทเทเนียมที่มีขนาด 418 มม. × 362 มม. × 2210 มม. นี่เป็นการพิสูจน์ว่าอุปกรณ์มีความเสถียรเพียงพอที่จะสร้างส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่และเบาได้
การทำงานร่วมกันระหว่างเลเซอร์หลายตัวและการปรับปรุงกระบวนการ
การควบคุมความเครียดจากความร้อนเป็นปัญหาสำหรับการพิมพ์ขนาดใหญ่- เมื่อพิมพ์เฟรมเครื่องบินโลหะผสมไททาเนียมยาวกว่า 6- เมตร Leiming laser ใช้เทคโนโลยีการทำงานร่วมกันด้วยเลเซอร์หลายตัว- เพื่อให้ได้อัตราการทับซ้อนกันของจุดเลเซอร์ถึง 30% เมื่อใช้กับแนวทางการกระจายผงแบบไดนามิก จะช่วยลดความเค้นตกค้างได้ 40% ซึ่งช่วยให้แน่ใจว่าขนาดของชิ้นส่วนขนาดใหญ่พิเศษ (6295 มม. × 2198 มม. × 614 มม.) ถูกต้อง การออกแบบการปรับโครงสร้างโทโพโลยีให้เหมาะสมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโลหะผสมอะลูมิเนียม (569 มม. × 527 มม. × 512 มม.) ยังแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี SLM สามารถใช้รวมช่องการไหลและโครงสร้างหลักได้อย่างไร นี่แสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้มีความยืดหยุ่นเพียงใดสำหรับระบบทำความเย็นที่ซับซ้อน
นวัตกรรมในการผลิตแบบผสมผสานและหลังการประมวลผล-
Laiming Laser ได้พัฒนาโซลูชันการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์สีเขียวสำหรับวัสดุที่มีฤทธิ์ต้านโลหะสูง- เช่น ทองแดงบริสุทธิ์ ระบบนี้ประสบความสำเร็จในการพิมพ์ห้องแทงทองแดงบริสุทธิ์และโครงสร้างครีบกระจายความร้อน วิธีการนี้ไปเกินขีดจำกัดการดูดซับของเลเซอร์สีแดงทั่วไปบนวัสดุที่ทำปฏิกิริยาได้รวดเร็ว ทำให้การพิมพ์ทองแดงบริสุทธิ์มีประสิทธิภาพมากขึ้นสามเท่า ความหยาบผิวคือ Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. การใช้การผลิตแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรม: ตั้งแต่การทดสอบแนวคิดไปจนถึงการผลิตในปริมาณมาก
การพิมพ์โลหะ 3 มิติถูกนำมาใช้ในธุรกิจระดับไฮเอนด์-หลายแห่งสำหรับการผลิตแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ และคุณค่าของมันได้รับการพิสูจน์แล้วผ่านตัวอย่าง-ในโลกจริง:
การบูรณาการน้ำหนักเบาและการใช้งานในการบินและอวกาศ
ความต้องการเฟรมเวิร์กโดรนน้ำหนักเบาในพื้นที่เศรษฐกิจที่มีระดับความสูงต่ำ-ได้นำไปสู่การใช้การพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่- Luming Laser ใช้ LiM-X260A ในการพิมพ์โครงโดรนโลหะผสมไทเทเนียมที่มีขนาด 153 มม. × 153 มม. × 25 มม. และมีน้ำหนักไม่เกิน 0.3 กก. การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีจะลดจำนวนชิ้นส่วนและจำนวนขั้นตอนในกระบวนการผลิตจาก 12 เหลือ 3 ขั้นตอน นอกจากนี้ รอบการพิมพ์ยังลดลงเหลือ 5 ชั่วโมงอีกด้วย สถานการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถค้นหาความสมดุลระหว่างน้ำหนักและความแข็งแรงของโครงสร้าง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากในการทำให้อุปกรณ์เครื่องบินทำงานได้ดีขึ้น
อุปกรณ์ด้านพลังงาน: รวมระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อนไว้ในชิ้นเดียว
การออกแบบช่องระบายความร้อนในแม่พิมพ์แลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่มีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้านิวเคลียร์ วิธีการแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องเจาะรูระบายความร้อนหลายร้อยรูเข้าไปในแม่พิมพ์ ในทางกลับกัน การพิมพ์โลหะ 3D จะสร้างช่องทางน้ำหล่อเย็นที่สอดคล้อง ซึ่งจะลดระยะห่างของการไหลของสารหล่อเย็นลง 60% และเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนขึ้น 25% ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี SLM ถูกนำมาใช้ในการพิมพ์แม่พิมพ์สำหรับเครื่องกำเนิดไอน้ำพลังงานนิวเคลียร์ที่มีช่องน้ำหล่อเย็นที่มีความกว้างเพียง 2 มม. แม่พิมพ์นี้มีความสูง 1.2 เมตรและมีการควบคุมอุณหภูมิสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาความล้าของวัสดุที่เกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนร้อนเกินไปในกระบวนการแบบเดิม
การผลิตยานยนต์: การเปลี่ยนแปลงแม่พิมพ์ขนาดใหญ่อย่างรวดเร็ว
แม่พิมพ์แผงรถยนต์ส่วนใหญ่มีขนาดใหญ่กว่า 3 เมตร และวิธีการหล่อแบบดั้งเดิมต้องใช้เวลาทดลองการผลิตประมาณ 6 ถึง 8 สัปดาห์ และการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะจะช่วยลดเวลาที่ใช้ในการผลิตแกนแม่พิมพ์ลงเหลือสองสัปดาห์โดยการผลิตโดยตรง รถยนต์พลังงานใหม่บางยี่ห้อใช้เทคโนโลยี DED เพื่อซ่อมแม่พิมพ์หล่อขนาดใหญ่- ชั้นต้านทานการสึกหรอ-บนพื้นผิวแม่พิมพ์ได้รับการแก้ไขใน 48 ชั่วโมงโดยการป้อนและละลายผงในเวลาเดียวกัน ชั้นการซ่อมแซมมีความแข็ง HRC52 ซึ่งแข็งกว่าวิธีการเชื่อมทั่วไปถึง 20% ซึ่งหมายความว่าแม่พิมพ์จะไม่เปลี่ยนรูปร่างเนื่องจากโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
3. ความท้าทายทางเทคโนโลยีและแนวโน้มในอนาคต: จากความก้าวหน้าในจุดเดียวไปจนถึงการปรับโครงสร้างสิ่งแวดล้อม
แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะขนาดใหญ่-จะมีศักยภาพมาก แต่ก็ยังมีปัญหาใหญ่สามประการที่ต้องแก้ไขก่อนจึงจะสามารถนำมาใช้ในวงกว้างได้:
การควบคุมต้นทุนและประสิทธิภาพของวัสดุ
การทำแม่พิมพ์ต้องใช้วัสดุที่ผ่านการชุบแข็งและแข็งแล้ว แต่การพิมพ์ 3D สามารถทำให้วัสดุเย็นลงได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้วัสดุเปราะมากขึ้น วิธีแก้ไขคือสร้างผงเหล็กอายุต่ำ-ที่มีความเค้นมาร์เทนซิติกต่ำ และให้ความร้อน-เพื่อทำให้ 52HRC ยากขึ้น การใช้เทคนิคการพิมพ์วัสดุแบบไล่ระดับ จะเคลือบแบบแข็งบนพื้นผิวของแม่พิมพ์ ในขณะเดียวกันก็รักษาเมทริกซ์แบบแข็งไว้ในบริเวณแกนกลาง ซึ่งจะช่วยรักษาสมดุลระหว่างความต้านทานการสึกหรอและทนต่อแรงกระแทก
การทดสอบความเสถียรและคุณภาพในกระบวนการ
เมื่อพิมพ์บนขนาดใหญ่ ความร้อนสูงเกินไปหรือการปนเปื้อนของผงหมึกอาจทำให้อัตราข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้น อุตสาหกรรมกำลังผลักดันให้มี-เทคโนโลยีการตรวจสอบในแหล่งกำเนิด เช่น อุปกรณ์ LiM-X800H+ ที่รวมเอาเครื่องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดและระบบตรวจสอบบ่อหลอมเหลวเข้ากับเลเซอร์เรเดียม เทคโนโลยีนี้สามารถเปลี่ยนความแรงของเลเซอร์ได้แบบเรียลไทม์ และลดจำนวนข้อบกพร่องจาก 3% เหลือ 0.5% ในเวลาเดียวกัน โมเดลการทำนายข้อบกพร่องที่ใช้ AI- อาจพบปัจจัยเสี่ยงล่วงหน้าโดยดูจากข้อมูลการพิมพ์ในอดีต ซึ่งช่วยให้คุณภาพมีเสถียรภาพมากยิ่งขึ้น
การทำงานร่วมกันและการสร้างมาตรฐานในห่วงโซ่อุตสาหกรรม
การสร้างแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ต้องใช้หลายขั้นตอนร่วมกัน เช่น การพิมพ์ 3 มิติ การใช้เครื่องจักร CNC และการบำบัดความร้อน GF Processing Solutions ได้เปิดตัวโซลูชันการผลิต "ชิ้นส่วนไฮบริด" ที่ใช้เวิร์กสเตชันอัตโนมัติเพื่อรวมกระบวนการลบและกระบวนการบวกเข้าด้วยกันได้อย่างราบรื่น ซึ่งช่วยลดเวลาในการผลิตแม่พิมพ์ลง 40% การเปิดตัวมาตรฐาน ISO/ASTM 52921 ยังกำหนดมาตรฐานสำหรับปัจจัยสำคัญ เช่น ความคลาดเคลื่อนของมิติและความหยาบของพื้นผิวสำหรับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะขนาดใหญ่- ทำให้อุตสาหกรรมสามารถใช้เทคโนโลยีนี้ในวงกว้างได้