Защо оптимизирането на системата за охлаждане на матрицата е подходящо за метален 3D печат?

一, Проблемът с дизайна на стандартните охладителни системи: преминаване от „право пробиване“ към „термичен дисбаланс“.
Класическият начин за охлаждане на формите използва техниката на кръстосано пробиване на машинните инструменти, а веригата на охлаждащата вода обикновено е права или начупена линия. Този дизайн има три основни проблема:
Правият канал не пасва на сложната извита повърхност на кухината на формата, което прави разстоянията за охлаждане неравномерни. Например, когато формата за автомобилна броня използва типичен канал, температурната разлика на повърхността на сърцевината надвишава 45 градуса, времето за локално охлаждане се удължава с 30%, а степента на изкривяване на продукта достига до 8%.
Концентрация на термично напрежение: Сърцевината на матрицата се охлажда неравномерно, което причинява температурни разлики, които допринасят за пукнатини от термична умора. След 2000 последователни производства определена-форма за леене под налягане счупи сърцевината си, защото се нагорещи твърде много на едно място. Разходите за поддръжка бяха 35% от общата цена на формата.
Много похабен материал: При традиционното изработване трябва да има зона, отделена за обработка на водни пътища, а формите трябва да се правят отделно, преди да могат да бъдат сглобени. Когато дадена форма за перка на авиационен двигател използва традиционна технология, степента на рязане на материала достига до 72%. Ако има грешки при монтажа, шансът веригата на охлаждащата вода да бъде блокирана нараства с 20%.
2, технологията за метален 3D печат направи голяма крачка напред: от „Пасивна адаптация“ към „Активен дизайн“
Процесите на топене и подреждане слой по слой в металния 3D печат тотално променят начина, по който са проектирани традиционните охладителни системи. Основните му предимства се проявяват по следните начини:
1. Гъвкава верига на охлаждащата вода, която ви позволява да регулирате много прецизно температурното поле
Металният 3D печат може да създаде конформна верига за охлаждаща вода, която идеално пасва на формата на кухината на формата. Коничният спирален конформен канал, който Bastech изгради за индустриален монтаж, е подобрен със софтуера Cimatron. Повърхностната площ на водния път е увеличена от 24,2 квадратни инча на 52,2 квадратни инча, а ефективността на охлаждане се е повишила със 116%. Действителните резултати от теста показват, че времето за охлаждане на матрицата е намаляло от 10,5 секунди на 7,5 секунди, времето на цикъла е намаляло с 14%, а процентът на скрап за продукта е намалял от 5,2% на 0,8%.
2. Структура за оптимизация на топологията: разрешаване на конфликта между „силата на материала“
За да са сигурни, че са здрави, традиционните форми се нуждаят от значителни структури. Металният 3D печат, от друга страна, може да направи леки вътрешни структури, използвайки оптимизация на топологията. Например, нова матрица за акумулаторна кутия за електрически превозни средства има решетъчна структура, която намалява теглото с 42%, като същевременно запазва същата здравина. Той също така добавя 60% повече пространство за веригата на охлаждащата вода и съкращава цикъла на леене под налягане с 25%.
3. Композитен печат с множество-материали: възможно е „функционалното градиентно охлаждане“
Усъвършенстваните метални 3D печатни машини могат да депозират различни материали в градиент. Например, калъп за лопатка на турбина на самолетен двигател използва композитна структура от „повърхност от медна сплав с висока топлопроводимост + сърцевина от титаниева сплав с висока -якост“. Това прави температурата на повърхността на формата с 30% по-равномерна и я прави 2,3 пъти по-дълготрайна от традиционните процеси.
3, Анализ на разходите-ползите: от „висока единична цена“ до „предимство за пълен жизнен цикъл“
Въпреки че оборудването и материалите за метален 3D печат са скъпи, ползите от разходите за целия жизнен цикъл са значителни в ситуации, когато трябва да направите малък брой елементи с висока-добавена стойност-:
1. Разходи за материали: от "70% отпадъци" до "95% използване"
Обикновено са необходими 60% до 75% от материала, за да се направи матрица, докато металният 3D печат използва повече от 95% от материала. Например, направата на калъп за медицински имплант по традиционни методи изисква 12 кг заготовки от титаниева сплав, докато 3D печатът се нуждае само от 1,8 кг прах, което спестява 85% от материали.
2. Разходи за обработка: от „мулти-процесно сътрудничество“ до „интегриране на едно оборудване“.
Необходими са 12 стъпки, за да се направи традиционна форма, като CNC фрезоване, електроерозионна обработка и рязане на тел. Целият процес може да отнеме до 4-6 седмици. Една машина може директно да отпечата 3D метал и с малко прецизна обработка може да получи повърхностна грапавост от Ra0,8 μm. Реалните тестове на Bastech разкриват, че 3D отпечатаните форми отнемат 80% по-малко време за програмиране и производство от традиционните методи, а разходите за обработка на едно парче са с 40% по-ниски.
3. Скрити разходи: от „компромис в дизайна“ до „бърза итерация“
Отварянето на традиционна форма струва много и ако искате да промените дизайна, ще трябва да направите нова, която струва 30% до 50% от първоначалната цена. Металният 3D печат улеснява бързото превръщане на компютърни модели в истински форми. Чрез 3D принтирането бизнесът с потребителска електроника съкрати времето, необходимо за извършване на промени в продукта, от три месеца на две седмици. Това им позволява да се възползват от пазарните възможности, като същевременно спестяват 6 милиона юана за разходи за опити и грешки.
4. Индустриална екологична реконструкция: преминаване от „технологична замяна“ към „надграждане на парадигмата“
Металният 3D печат променя индустрията на формите, като обединява интеграцията на „услуги за производство на дизайн“:
Сътрудничество в софтуерната екосистема: Cimatron, Moldex3D и други инструменти правят възможно пълното дигитализиране на процеса на „генериране на печатен път за оптимизация на дизайн на симулация на охлаждане“. Например B&J Specialty установи чрез моделиране на Moldex3D, че стандартните форми имат температурен диапазон от 132 градуса, но 3D-отпечатаните конформни канали поддържат температурния диапазон до 18 градуса.
3D Systems, Platinum Technology и други компании са направили специални прахове като стомана за мартензитно стареене и стомана 18Ni300. Тези нови материали имат 20% по-висока топлопроводимост и 3 пъти по-висока устойчивост на умора от традиционните материали.
Надграждане на модела на услугата: Вместо да продават „хардуер“, производителите на устройства сега продават „изходни решения“. Bolite започна да предлага решение, което съчетава "оборудване, материали и база данни за процеси". Цената на собствения прах от титаниева сплав е спаднала с 50% от 2020 г. насам, а платформата за интернет на нещата направи възможно предупреждаването за повреда на оборудването, което повиши процента на приходите от услугата до 30%.