كيفية الجمع بين الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وقولبة حقن القالب؟

الآن، الفكرة الرئيسية وراء التكامل التكنولوجي هي الانتقال من "الاستبدال" إلى "التكامل".
إن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وقولبة الحقن ليستا مجرد تقنيتين تعملان معًا؛ إنها مزيج من "التصنيع الإضافي" و"المعالجة الطرحية" التي تعمل معًا لتحسين الكفاءة والأداء الوظيفي. وتظهر الأشياء الثلاثة التالية منطقها الرئيسي:
خطوة كبيرة إلى الأمام في حرية التصميم
قوالب الحقن التقليدية مقيدة بطرق المعالجة، والتصميمات المعقدة مثل قنوات مياه التبريد المتوافقة وأضلاع التعزيز الداخلية تتطلب عمليات إنتاج وتجميع متميزة، مما يؤدي إلى ارتفاع الأسعار ودورات ممتدة. يمكن لتقنية LPBF طباعة الهياكل المعقدة المتكاملة مباشرة عن طريق صهر مسحوق المعدن طبقة واحدة في كل مرة. على سبيل المثال، أنشأت تكنولوجيا الليزر الجيل الثالث من عمليات الفولاذ القابل للتنفس-، والتي يمكن أن تصنع هياكل قابلة للتنفس متعددة -الاتجاهات بفتحة 0.04 مم في القوالب. هذا يحل مشكلة أن الإدخالات الفولاذية النموذجية القابلة للتنفس ليست جيدة جدًا في إخراج الهواء.
إيجاد التوازن الصحيح بين التكلفة والكفاءة
إن شراء معدات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد يكلف الكثير، ولكنه يمكن أن يساعد في تقليل هدر المواد (مع معدل استخدام للمواد يزيد عن 90%). يمكن للشركات الاستفادة من الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع العناصر الوظيفية الأساسية للقوالب (مثل إدراجات التبريد المطابقة) والمعالجة التقليدية لصنع الهياكل الطرفية. وهذا يخفض التكاليف كثيرا. على سبيل المثال، تستخدم شركة B&J Specialty جهاز ProX DMP 300 من شركة 3D Systems لطباعة إدخالات قوالب خطوط أنابيب السيارات. هذا يقلل زمن دورة التبريد من دقيقة واحدة إلى 40 ثانية، ويعزز كفاءة الإنتاج بنسبة 30%، ويطيل عمر القالب بنسبة 25%.
تغييرات سريعة وترتيب الأشياء
يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تصنع بسرعة نماذج أولية من القوالب للاختبار والتحقق أثناء مرحلة تطوير المنتج. وهذا يقلل من تكلفة إجراء تغييرات على التصميم مرارا وتكرارا. على سبيل المثال، تستخدم إحدى الشركات التي تصنع الأجهزة المنزلية تقنية LPBF لتصنيع قوالب قوالب حقن لأغلفة تكييف الهواء. يؤدي هذا إلى تقليل الدورة التقليدية المكونة من 12 عملية والتي تستغرق 45 يومًا إلى 12 يومًا ويقلل أخطاء التجميع من 0.1 مم إلى 0.02 مم، مما يطيل عمر القالب بمقدار 200000 مرة.
2، حالات الاستخدام الشائع: من تحسين الوظائف إلى ترقية الصناعة
1. نظام التبريد المرن هو أفضل طريقة لإصلاح مشاكل القولبة بالحقن.
في معظم الأحيان، تكون دائرة مياه التبريد في قوالب الحقن النموذجية مستقيمة، مما يجعل من الصعب مطابقتها لسطح المنتج. وهذا يسبب التبريد غير المتساوي وتشوه المنتج. يمكن لتقنية LPBF إنشاء قناة مطابقة تناسب شكل الجسم تمامًا، مما يؤدي إلى تبريده بالتساوي. على سبيل المثال:
قالب خطوط أنابيب السيارات: باستخدام برنامج Cimatron، قامت شركة B&J Specialty ببناء دائرة مياه تبريد متوافقة أدت إلى خفض درجة حرارة القالب من 132 إلى 18 درجة مئوية، وخفض معدل انكماش المنتج بنسبة 67%، ورفع العائد إلى 98%.
تقوم إحدى شركات طب الأسنان بتصنيع قوالب غير مرئية لأجهزة تقويم الأسنان باستخدام تقنية μ - LPBF، والتي تتميز بدقة طباعة تبلغ 2–5 ميكرومتر. يعمل التصميم الأمثل للطوبولوجيا على تحسين تجانس توزيع قوة تقويم الأسنان بنسبة 40% ويرفع معدل تكيف المريض من 85% إلى 98%.
2. لإصلاح مشكلة الغاز المحبوس، يجب أن يتناسب الهيكل القابل للتنفس وجسم القالب معًا بشكل مثالي.
إذا لم يتم إطلاق الغاز الموجود داخل تجويف القالب بسرعة كافية أثناء عملية التشكيل بالحقن، فقد يتسبب ذلك في حدوث مشكلات بما في ذلك فقاعات المنتج وضعف الانصهار. تتطلب الطريقة الكلاسيكية وضع الفولاذ القابل للتنفس في القالب، إلا أنه لا يعمل بشكل جيد عندما يكون الهيكل معقدًا. يمكن لتقنية LPBF طباعة طبقات مسامية قابلة للتنفس مباشرة على جسم القالب. على سبيل المثال:
قالب التشكيل بمساعدة الغاز-: تستخدم شركة معينة LPBF لطباعة قلب القالب، وإنشاء طبقة مسامية في الجزء السفلي من اللوحة المضلعة، وتضمين قضيب تهوية بطبقة علوية مسامية. يدفع الغاز إلى الأسفل على اللوحة الضلعية والجزء العلوي من قضيب التهوية أثناء عملية التشكيل بالحقن. وهذا يدفع المنتج نحو سطح التجويف، مما يتخلص من الضغط الداخلي ويوقف خطوط الانكماش على السطح.
القوالب الإلكترونية بدقة عالية: تقوم شركة تصنيع قوالب المنتجات 3C بتصنيع قوالب إطار الهاتف المحمول باستخدام LPBF. تتميز القوالب بهيكل قابل للتنفس بفتحة 0.04 مم في منطقة العادم، مما يقلل ضغط الحقن بنسبة 30% ويطيل عمر القالب بنسبة 40%.
3. التكامل الوظيفي وخفيف الوزن: من "المكونات الهيكلية" إلى "الوحدات الذكية" تدعم تقنية LPBF التصميم خفيف الوزن مثل تعبئة الشبكة وبنية الشبكة، وقد تدمج الوحدات الوظيفية مثل أجهزة الاستشعار وعناصر التسخين. 3. التكامل الخفيف والوظيفي: من "المكونات الهيكلية" إلى "الوحدات الذكية" كمثال:
تستخدم شركة معينة شريحة من سبائك الألومنيوم مصنوعة من قبل LPBF لحزمة بطاريات سيارات الطاقة الجديدة الخاصة بها. الدعامة أخف بنسبة 38% بسبب هيكلها الشبكي واجتازت اختبار الحمل الزائد بنسبة 150%، مما يزيد النطاق بنسبة 8%.
نظام القالب الذكي: تضع إحدى الشركات الطبية أجهزة استشعار لدرجة الحرارة داخل قوالب LPBF-المطبوعة حتى تتمكن من مراقبة درجة حرارة دائرة مياه التبريد في الوقت الفعلي. تعمل خوارزميات الذكاء الاصطناعي على تغيير معلمات الحقن بسرعة لجعل المنتج أكثر اتساقًا بنسبة 50%.
3، المشكلات التكنولوجية واتجاهات المستقبل: من "الاختراق الفردي" إلى "إعادة الهيكلة البيئية"
1. المشكلات الحالية: المواد، والدقة، والمعالجة اللاحقة-.
لا تزال بعض المساحيق المعدنية، بما في ذلك سبائك النحاس ذات الموصلية الحرارية القوية، بحاجة إلى تحسينها للطباعة بحيث يتم تحقيق التوازن بين الكثافة والتكلفة.
جودة السطح ودقته: تحتاج القوالب المطبوعة LPBF إلى تصنيع دقيق CNC أو تقشير بالرصاص لتلبية خشونة السطح (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
دمج العديد من المواد: يدعم LPBF الآن الطباعة بمادة واحدة فقط في كل مرة. ومع ذلك، تحتاج القوالب عادةً إلى هياكل مركبة مصنوعة من مواد مختلفة، مثل الفولاذ-عالي الصلابة والنحاس-الموصلية الحرارية- العالي.
2. التوجهات المستقبلية: دمج التقنيات وإعادة هيكلة البيئة
أدوات هجينة لصنع الأشياء: تجمع تقنية AXIOM بين فوهات الطباعة ثلاثية الأبعاد وقواطع الطحن CNC لتوفير معالجة متكاملة "طرحية مضافة". وهذا يقلل من حجم وتكلفة المعدات اللازمة للقيام بهذه المهمة.
تحسين العمليات الذكية: يمكن لـ LPBF توقع الإجهاد والتشوه المتبقيين في الوقت الفعلي من خلال الجمع بين نماذج الاقتران الميكانيكية الحرارية وطرق التعلم الآلي. على سبيل المثال، يحافظ نموذج العناصر المحدودة من Autodesk على الفارق في أداء الشد الشعاعي والمحيطي لشفرات توربينات سبائك التيتانيوم في حدود 5% ويجعلها تدوم لفترة أطول بنسبة 30%.
التصنيع الأخضر والاقتصاد الدائري: تقوم شركة LPBF بإعادة تدوير أكثر من 85% من مسحوقها، ولا تطلق أي سائل قطع، وبالتالي فهي تلبي لوائح التصنيع الخضراء بما في ذلك "تعريفة الكربون" الخاصة بالاتحاد الأوروبي. قامت إحدى الشركات بتخفيض تكلفة مجموعة واحدة من مواد القالب بنسبة 20% عن طريق إعادة تدوير المسحوق الذي لم يذوب بعد وفحصه.