Какви са приложенията на лазерното прахообразно топене (LPBF) в производството на матрици?

1. Технически принцип: взаимодействието между микро контрол и макро оформяне
Основната част от технологията LPBF е способността да се манипулира много прецизно леглото на металния прах. Има три стъпки в процеса:
Разпръскване на праха: Скреперът разпръсква равномерно металния прах върху формиращата платформа, като прави слой прах с дебелина 20–100 μm. Плътността на праха се влияе пряко от размера на частиците. Например методът с плазмен въртящ се електрод (PREP) прави Ti-6Al-4V прах, който има малко количество фин прах и тече добре. Плътността на праха може да достигне 55%–60%, което е много по-добро от процедурата за атомизация на газ (GA).
Високо{0}}енергиен лазерен лъч (100-1000 W) сканира праховия слой по определен път, повишавайки незабавно местната температура над точката на топене. Това създава разтопен басейн, който бързо се втвърдява. Можете да промените мощността на лазера (135–500 W), скоростта на сканиране (900–2000 mm/s) и дебелината на слоя (30–50 μm), за да получите правилния размер за резервоара за стопилка (50–150 μm широк, 10–50 μm дълбок) и скоростта на охлаждане (10 ⁴–10 ⁶ K/s). Това ще подобри микроструктурата.
Подреждане слой по слой: Правете цикъла на разпръскване и топене на прах отново и отново, докато получите три-измерна твърда част. Тази процедура не се нуждае от форми или инструменти за рязане и може да създаде „свободен дизайн“. Това е особено добро за структури, с които е трудно да се работи чрез стандартни методи, като дълбоки кухини, неправилни форми и тънки стени.
2. Основната полза е: Преодоляване на четирите основни проблема при правенето на калъпи по старомодния-начин
Интегрирано формоване на сложни конструкции
LPBF може да направи части от формата, които трябва да бъдат обработени и сглобени отделно, като се използват традиционни методи. Например, един бизнес за производство на гуми използва технологията LPBF, за да направи блокове с гумени форми. Това съкрати типичния процес, който отне 12 стъпки и 45 дни, за да завърши, до 12 дни за едно парче и удвои ефективността на изработката на множество части наведнъж. Животът на матрицата беше подобрен до 200 000 пъти, а грешката при сглобяване беше намалена от 0,1 mm на 0,02 mm.
Подобряване на конформната охладителна система
LPBF може да направи верига за охлаждаща вода вътре във формата, която пасва на формата на продукта, използвайки дизайн за оптимизиране на топологията. След проектиране на конформна водна верига за шприцформата на климатична обвивка в определена компания за домакински уреди, ефективността на охлаждане се повиши с 42%, степента на деформация на продукта намаля с 67%, а един комплект форми спестява повече от 120 000 юана от разходи за електроенергия всяка година.
Лека и функционална интеграция
LPBF помага с олекотен дизайн, включително решетъчен пълнеж и решетъчна конструкция. LPBF направи скобата на батерията за определено ново енергийно превозно средство от алуминиева сплав. Това го прави 38% по-лек и преминава 150% тест за претоварване, което увеличава обхвата с 8%. Тази техника може също така да комбинира функционални модули като сензори и нагревателни елементи, за да накара „формовото оборудване“ да работи заедно.
Бързо повторение и производство, което е съобразено с вашите нужди
LPBF не се нуждае от подготовка на формата и промяната на дизайна изисква само промяна на цифровия модел. Това съкращава времето, необходимо за извършване на изследвания и разработки. Медицинска компания използва LPBF, за да направи персонализирани форми за ортопедични импланти. Процедурата отне само 72 часа от проектирането до доставката, което беше с 80% по-бързо от предишните методи. Той също така позволява проверка на няколко решения едновременно.
3. Често срещан случай на употреба е: От високо{1}}производство до масово производство в космическата област
LPBF успешно се използва за производство на форми за части, които трябва да работят при високи температури и налягания, като горивни камери на двигатели и радиатори на турбини. Например Fraunhofer IGCV в Германия използва демонстрационни части за ракетни двигатели, произведени от LPBF-. Зоната на излагане на висока-температура е направена от медна сплав, за да направи двигателя по-енергийно ефективен, носещата-част на товара е направена от стомана с висока-якост, за да бъде по-надеждна, а външните медни ребра служат както за охлаждане, така и за поддържащи функции. Тези части са с 30% по-леки и с 25% по-надеждни от традиционните двигатели.
автомобилния бизнес
LPBF значително повишава ефективността на производството при производството на основни форми, включително-форми за леене под налягане и шприцформи чрез оптимизиране на каналите за охлаждаща вода и използване на олекотени конструкции. Форма за-леене под налягане от магнезиева сплав, направена от доставчик на автомобилни части с помощта на LPBF, издържа 200 000 цикъла, което е три пъти по-дълго от традиционните форми. Фабрика за форми за брони използва високо{6}}технология за разпръскване на прах, за да ускори процеса на изработка на един комплект форми от 18 до 11 дни, което спестява 15% от разходите.
Здравеопазване и битова електроника
LPBF е чудесен за правене на малки, прецизни форми. Например определена фабрика за формовки за продукти 3C произвежда форми за рамки за мобилни телефони, използвайки μ-LPBF технология (точност на печат от 2–5 μm), с минимален размер на елемента от 50 μm и грапавост на повърхността 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. Индустриална тенденция: Комбиниране на технологии и възстановяване на околната среда
Създаване на структури с множество материали и градиенти
LPBF може да прави хетерогенни или градиентни форми за материали чрез управление на системата за подаване на прах. Например, конкретна компания направи матрица с градиентен материал в посока XY, която използва никелова -сплав във високо-температурната зона, за да я направи топло-устойчива, и медна сплав в охлаждащата зона, за да я направи по-добра при топлопроводимост. Механичните и термичните качества осигуряват безпроблемен преход, а ефективността е с 50% по-висока от тази на стандартните много-слойни композитни форми.
Интелигентно подобряване на процеса и управление на грешките
LPBF може да предвиди остатъчно напрежение и деформация в реално време, като използва както модели на термично механично свързване, така и методи за машинно обучение. Например моделът на крайните елементи на Autodesk моделира полетата на температурата и напрежението, които възникват по време на лазерно сканиране. Той поддържа радиалните и периферните разлики в характеристиките на опън на турбинните лопатки от титаниева сплав под 5% и удължава живота им на умора с 30%.
Зелено производство и кръгова икономика
LPBF материалът има степен на използване от 90%, което е с 40 процентни пункта повече от стандартното субтрактивно производство. Една компания е повишила степента на рециклиране на прах до 85% и е намалила цената на един комплект материали за формите с 20%, като използва повторно прах, който не се е разтопил и го пресява. LPBF също отговаря на екологичните производствени разпоредби като „въглеродната тарифа“ на ЕС, тъй като не отделя никаква течност за рязане и използва много малко енергия.