อะไรคือข้อได้เปรียบหลักของการใช้การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะในการผลิตแม่พิมพ์?

1. ก้าวข้ามขีดจำกัดของการออกแบบ: การสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนในรูปแบบอิสระ-
ตรรกะ "การกำจัดวัสดุ" ของการประมวลผลแบบหักลบจะจำกัดการผลิตแม่พิมพ์แบบดั้งเดิม การสร้างช่องการไหลภายในที่ซับซ้อน พื้นผิวที่ไม่เรียบ และโครงสร้างอื่นๆ อาจเป็นเรื่องยาก หรืออาจต้องประกอบหลายส่วนเข้าด้วยกัน ซึ่งจะทำให้ต้นทุนสูงขึ้นและลดความน่าเชื่อถือลง คุณลักษณะ "การซ้อนชั้นทีละชั้น" ของการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะนั้นท้าทายอุปสรรคนี้โดยสิ้นเชิง ประโยชน์หลักคือ:
การออกแบบช่องน้ำหล่อเย็นที่สอดคล้อง: ด้วยเทคโนโลยีการหลอมด้วยผงเลเซอร์ (LPBF) ทำให้สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตของช่องการไหลแบบเกลียว ตาข่าย หรือแบบชีวเลียนแบบที่แนบแน่นกับโพรงแม่พิมพ์ได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น Conflux Technology ในออสเตรเลียได้สร้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่พิมพ์แบบ 3 มิติ-สำหรับภาคการบินและอวกาศโดยมีผนังด้านในหนาเพียง 0.3 มม. เมื่อเทียบกับการออกแบบก่อนหน้านี้ ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มขึ้น 40% และแรงดันตกคร่อมลดลง 25%
การผลิตหัวฉีดร้อนแบบครบวงจร: หัวฉีดน้ำร้อนแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องประกอบเข้าด้วยกันจากหลายส่วน การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถทำให้ตัวหัวฉีดร้อน ช่ององค์ประกอบความร้อน และช่องการไหลพร้อมกันได้ ซึ่งจะช่วยลดช่องว่างและการแตกหักที่เกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนขยายและหดตัวเนื่องจากความร้อน และยังทำให้กระบวนการฉีดมีเสถียรภาพมากขึ้นอีกด้วย
แม่พิมพ์ลวดลายที่ซับซ้อน: เป็นเรื่องยากที่จะสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนระดับไมโคร-ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม เช่น บล็อกลวดลายแม่พิมพ์ยางล้อ และแม่พิมพ์ลวดลายพื้นรองเท้า การพิมพ์โลหะ 3D อาจทำการพิมพ์ที่ไม่รองรับโดยใช้การควบคุมจุดที่มีความแม่นยำสูง- (เช่น กระบวนการ LPBF ระดับไมโคร ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดเพียง 20 μm) และความหยาบของพื้นผิว Ra ที่ต่ำเพียง 0.8 μm ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการขัดในภายหลัง
2. ลดระยะเวลาการผลิต: จากสัปดาห์เหลือ 48 ชั่วโมง
การสร้างแม่พิมพ์แบบดั้งเดิมต้องใช้เวลามากกว่า 10 ขั้นตอน เช่น การออกแบบแม่พิมพ์ การใช้เครื่องจักร CNC การอบชุบด้วยความร้อน การประกอบ และการแก้ไขปัญหา กระบวนการทั้งหมดอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน โมเดล "การออกแบบเป็นการผลิต" ของการพิมพ์โลหะ 3 มิติทำให้กระบวนการง่ายขึ้นโดยรวมการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ การประมวลผลการแบ่งส่วน การพิมพ์การขึ้นรูป และขั้นตอนหลัง- ซึ่งจะช่วยลดเวลาที่ใช้ในการจัดส่งผลิตภัณฑ์
การตรวจสอบการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว: ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์บางรายเริ่มใช้การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพื่อลดเวลาที่ใช้ในการสร้างแม่พิมพ์ฉีดยากจาก 15 วันเหลือ 3 วัน ซึ่งจะช่วยเร่งกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่ให้เร็วขึ้น
-การผลิตตามสั่งขนาดเล็ก: การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถใช้สร้างชิ้นส่วนโลหะภายในสำหรับรถยนต์สั่งทำพิเศษระดับสูง- หรือชิ้นส่วนระบบส่งกำลังเฉพาะสำหรับรถแข่ง ไม่จำเป็นต้องเปิดแม่พิมพ์ ซึ่งลดต้นทุนของแต่ละชิ้นลง 30% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม และทำให้ง่ายต่อการเปลี่ยนการออกแบบบ่อยครั้ง
การตอบสนองในการบำรุงรักษาฉุกเฉิน: ในภาคส่วนอุปกรณ์พลังงาน บริษัทบางแห่งใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพื่อแก้ไขก้นหอยของปั๊มโลหะผสมอุณหภูมิสูง-ในเวลาไม่ถึง 48 ชั่วโมง เพื่อป้องกันการสูญเสียจากการปิดอุปกรณ์
3. ปรับปรุงผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตโดยการเพิ่มประสิทธิภาพการทำความเย็น
คุณภาพของชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปได้รับผลกระทบอย่างมากจากระบบหล่อเย็นของแม่พิมพ์ เนื่องจากการจัดเรียงที่จำกัด ช่องระบายความร้อนของรูตรงแบบดั้งเดิมอาจทำให้อุณหภูมิของแม่พิมพ์ไม่สอดคล้องกัน ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาต่างๆ รวมถึงการโค้งงอและการเสียรูปของผลิตภัณฑ์ วิธีการระบายความร้อนตามรูปแบบสำหรับการพิมพ์โลหะ 3D ทำให้ประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างมากผ่านสามวิธีหลัก:
การออกแบบช่องการไหลแบบชีวเลียนแบบช่วยให้แน่ใจว่าน้ำหล่อเย็นครอบคลุมโพรงแม่พิมพ์อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยให้สนามอุณหภูมิมีความสม่ำเสมอ อัตราการบิดเบี้ยวของผลิตภัณฑ์ลดลงจาก 0.8% เป็น 0.2% และอัตราผลตอบแทนเพิ่มขึ้นเป็น 99.5% หลังจากที่แม่พิมพ์ตัวเชื่อมต่อไฟฟ้าบางตัวใช้ช่องน้ำแบบ Conformal ที่พิมพ์แบบ 3 มิติ
Zhongrui Technology ได้สร้างแม่พิมพ์เปลือกเครื่องปรับอากาศให้กับบริษัทเครื่องใช้ในครัวเรือนเพื่อลดระยะเวลาการขึ้นรูป ด้วยการปรับปรุงการจัดเรียงช่องระบายความร้อน วงจรการฉีดขึ้นรูปเพิ่มขึ้นจาก 45 วินาทีเป็น 30 วินาที และกำลังการผลิตของอุปกรณ์หนึ่งเครื่องต่อปีเพิ่มขึ้น 120,000 ชิ้น
การใช้พลังงานลดลง: CoolestDC ในสิงคโปร์ผลิตแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวที่พิมพ์แบบ 3 มิติ- พร้อมการออกแบบที่ไร้รอยต่อแบบบูรณาการ ซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่าเพลทระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบประสานทั่วไปถึง 15% และไม่มีโอกาสรั่วไหล
4. การออกแบบที่มีน้ำหนักเบา: ประหยัดเงินค่าวัสดุและการขนส่ง
น้ำหนักของแม่พิมพ์มีผลกระทบโดยตรงต่อปริมาณพลังงานที่ใช้ในการแปรรูป ต้นทุนการขนส่ง และความปลอดภัยในขณะทำงาน เทคโนโลยีการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีในการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถขจัดวัสดุได้มากที่สุด ขณะเดียวกันก็รักษาโครงสร้างให้แข็งแรง
แม่พิมพ์หล่อแบบเฉพาะ-ใช้โครงสร้างรองรับโครงตาข่ายเพชรที่พิมพ์แบบ 3 มิติ- ซึ่งทำให้เบาขึ้น 35% และมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 20%-
การออกแบบแบบแยกส่วน: แม่พิมพ์ขนาดใหญ่สามารถแบ่งออกเป็นโมดูลขนาดเล็กและเบากว่าสำหรับการพิมพ์ โมดูลเหล่านี้สามารถประกอบเข้าด้วยกันได้โดยใช้การเชื่อมต่อทางกลเพื่อลดความเสี่ยงในการขนส่งชิ้นส่วนเดียว ตัวอย่างเช่น บริษัทที่ผลิตอุปกรณ์พลังงานลมตัดแม่พิมพ์สำหรับใบมีดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2- เมตรออกเป็น 8 ชิ้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนการขนส่งได้ 40%
การบูรณาการด้านการทำงาน: การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะอาจรวมช่องระบายความร้อน หมุดดีดตัว ช่องไอเสีย และส่วนประกอบการทำงานอื่น ๆ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณชิ้นส่วนที่จำเป็นสำหรับแม่พิมพ์ การออกแบบแบบบูรณาการได้ลดจำนวนชิ้นส่วนในแม่พิมพ์กันชนรถยนต์บางรุ่นจาก 127 ชิ้นเหลือ 38 ชิ้น และเวลาในการประกอบชิ้นส่วนเข้าด้วยกันก็ลดลง 70%
5. ความเข้ากันได้ของวัสดุ: ใช้งานได้กับโลหะและวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง-
การทำแม่พิมพ์แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ใช้เหล็กกล้าแม่พิมพ์และโลหะผสมอลูมิเนียม แต่การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะสามารถใช้วัสดุพิเศษ เช่น โลหะผสมไทเทเนียม โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง- และโลหะผสมทองแดง เพื่อทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก
ผู้ผลิตเครื่องยนต์กังหันบางรายในพื้นที่การบินและอวกาศใช้ก้นหอยโลหะผสมไททาเนียมที่พิมพ์แบบ 3 มิติ เพื่อปรับปรุงการออกแบบเส้นทางการไหลของอากาศ ซึ่งทำให้อัตราส่วนแรงขับ-ต่อ-น้ำหนักสูงขึ้น 5% และทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 600 องศา
บริษัทพลังงานนิวเคลียร์ใช้วาล์วโลหะผสมอุณหภูมิสูง-นิกเกิลที่พิมพ์แบบ 3 มิติในพื้นที่อุปกรณ์พลังงานเพื่อให้มีรอบการรั่วซึมฟรี 100,000- รอบที่ 10 MPa และ 550 องศา วาล์วเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการหล่อมาตรฐานถึงสามเท่า
การกระจายความร้อนของไมโครอิเล็กทรอนิกส์: ผู้ให้บริการศูนย์ข้อมูลใช้โมดูลระบายความร้อนด้วยของเหลวทองแดงผสมทองแดง-ที่พิมพ์แบบ 3D- ที่มีค่าการนำความร้อน 398W/(m · K) ทำให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพมากกว่าโมดูลอะลูมิเนียมถึง 60%