Apakah aplikasi Laser Powder Bed Melting (LPBF) dalam pembuatan acuan?

1. Prinsip teknikal: interaksi antara kawalan mikro dan pembentukan makro
Bahagian utama teknologi LPBF adalah dapat memanipulasi katil serbuk logam dengan sangat tepat. Terdapat tiga langkah dalam aliran proses:
Menyebarkan serbuk: Pengikis meratakan serbuk logam ke atas platform membentuk, menjadikan lapisan serbuk setebal 20–100 μm. Ketumpatan serbuk dipengaruhi secara langsung oleh saiz zarah. Sebagai contoh, kaedah elektrod berputar plasma (PREP) membuat serbuk Ti-6Al-4V yang mempunyai jumlah serbuk halus yang rendah dan mengalir dengan baik. Ketumpatan serbuk boleh mencapai 55%–60%, yang jauh lebih baik daripada prosedur pengabusan gas (GA).
Pancaran laser-tenaga tinggi (100-1000W) mengimbas lapisan serbuk di sepanjang laluan tertentu, meningkatkan suhu setempat di atas takat lebur serta-merta. Ini mewujudkan kolam cair yang cepat memejal. Anda boleh menukar kuasa laser (135–500W), kelajuan pengimbasan (900–2000mm/s) dan ketebalan lapisan (30–50 μm) untuk mendapatkan saiz yang sesuai untuk kolam cair (lebar 50–150 μm, dalam 10–50 μm) dan kadar penyejukan (10 ⁴ K/s). Ini akan meningkatkan struktur mikro.
Susun lapisan demi lapisan: Lakukan kitaran penyebaran dan peleburan serbuk lagi dan lagi sehingga anda mempunyai-bahagian pepejal tiga dimensi. Prosedur ini tidak memerlukan acuan atau alat pemotong, dan ia boleh mencipta "reka bentuk percuma." Ia amat baik untuk struktur yang sukar digunakan menggunakan kaedah standard, seperti lompang dalam, bentuk tidak sekata dan dinding nipis.
2. Faedah utama ialah: Mengatasi empat masalah utama dalam membuat acuan-cara lama
Pembentukan bersepadu struktur rumit
LPBF boleh membuat bahagian acuan yang perlu diproses dan disatukan secara berasingan menggunakan kaedah tradisional. Sebagai contoh, satu perniagaan tayar menggunakan teknologi LPBF untuk membuat blok corak acuan getah. Ini mengurangkan proses biasa, yang mengambil 12 langkah dan 45 hari untuk diselesaikan, turun kepada 12 hari untuk satu bahagian dan menggandakan kecekapan membuat banyak bahagian sekaligus. Hayat acuan telah dipertingkatkan kepada 200,000 kali, dan ralat pemasangan dikurangkan daripada 0.1 mm kepada 0.02 mm.
Memperbaiki sistem penyejukan konformal
LPBF boleh membuat litar air penyejuk di dalam acuan yang sesuai dengan bentuk produk menggunakan reka bentuk pengoptimuman topologi. Selepas mereka bentuk litar air konformal untuk acuan suntikan cangkerang penghawa dingin di syarikat perkakas rumah tertentu, kecekapan penyejukan meningkat sebanyak 42%, kadar warpage produk turun sebanyak 67%, dan satu set acuan menjimatkan lebih daripada 120000 yuan dalam kos elektrik setiap tahun.
Penyepaduan ringan dan berfungsi
LPBF membantu dengan reka bentuk yang ringan, termasuk pengisian kekisi dan pembinaan kekisi. LPBF membuat pendakap pek bateri untuk kenderaan tenaga baharu tertentu daripada aloi aluminium. Ini menjadikannya 38% lebih ringan dan melepasi ujian bebanan 150%, yang meningkatkan julat sebanyak 8%. Teknik ini juga boleh menggabungkan modul berfungsi seperti penderia dan elemen pemanasan untuk membuat "peralatan acuan" berfungsi bersama.
Lelaran dan pengeluaran pantas yang disesuaikan dengan keperluan anda
LPBF tidak memerlukan penyediaan acuan, dan menukar reka bentuk hanya memerlukan menukar model digital. Ini mengurangkan masa yang diperlukan untuk menjalankan penyelidikan dan pembangunan. Sebuah syarikat perubatan menggunakan LPBF untuk membuat acuan implan ortopedik tersuai. Prosedur ini hanya mengambil masa 72 jam dari reka bentuk kepada penghantaran, iaitu 80% lebih cepat daripada kaedah sebelumnya. Ia juga membenarkan pengesahan beberapa penyelesaian pada masa yang sama.
3. Kes penggunaan biasa ialah: Daripada pembuatan-tinggi kepada pengeluaran besar-besaran di kawasan aeroangkasa
LPBF telah berjaya digunakan untuk membuat acuan untuk bahagian yang perlu berfungsi pada suhu dan tekanan tinggi, seperti kebuk pembakaran enjin dan radiator turbin. Contohnya, Fraunhofer IGCV di Jerman menggunakan bahagian demonstrasi enjin roket buatan LPBF-. Kawasan pendedahan suhu tinggi-diperbuat daripada aloi kuprum untuk menjadikan enjin lebih cekap tenaga, bahagian galas-beban diperbuat daripada-keluli berkekuatan tinggi untuk menjadikannya lebih dipercayai dan sirip kuprum luaran berfungsi dengan kedua-dua fungsi penyejukan dan sokongan. Bahagian ini 30% lebih ringan dan 25% lebih dipercayai daripada enjin tradisional.
perniagaan kereta
LPBF sangat meningkatkan kecekapan pengeluaran dalam pembuatan acuan penting termasuk acuan tuang-die dan acuan suntikan dengan mengoptimumkan saluran air penyejuk dan menggunakan reka bentuk yang ringan. Acuan tuangan aloi magnesium-yang dibuat oleh pembekal alat ganti automotif menggunakan LPBF bertahan selama 200,000 kitaran, iaitu tiga kali lebih lama daripada acuan tradisional. Sebuah kilang acuan bampar menggunakan-teknologi penyebaran serbuk berkelajuan tinggi untuk mempercepatkan proses membuat satu set acuan daripada 18 hari kepada 11 hari, yang menjimatkan 15% daripada kos.
Penjagaan kesihatan dan elektronik pengguna
LPBF bagus untuk membuat acuan yang kecil dan tepat. Contohnya, kilang acuan produk 3C tertentu membuat acuan bingkai telefon bimbit menggunakan teknologi μ-LPBF (ketepatan pencetakan 2–5 μm), dengan saiz ciri minimum 50 μm dan kekasaran permukaan 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. Trend Industri: Menggabungkan Teknologi dan Membina Semula Alam Sekitar
Membuat struktur dengan pelbagai bahan dan kecerunan
LPBF boleh membuat acuan bahan heterogen atau kecerunan dengan menguruskan sistem bekalan serbuk. Sebagai contoh, syarikat tertentu membuat acuan bahan kecerunan arah XY yang menggunakan aloi berasaskan nikel-dalam zon suhu-tinggi untuk menjadikannya tahan haba-dan aloi kuprum dalam zon penyejukan untuk menjadikannya lebih baik dalam menghantar haba. Kualiti mekanikal dan terma menghasilkan peralihan yang lancar dan kecekapan adalah 50% lebih tinggi daripada acuan komposit berbilang lapisan standard.
Penambahbaikan proses pintar dan pengurusan kesalahan
LPBF boleh meramalkan baki tegasan dan ubah bentuk dalam masa nyata dengan menggunakan kedua-dua model gandingan mekanikal terma dan kaedah pembelajaran mesin. Sebagai contoh, model elemen terhingga Autodesk memodelkan medan suhu dan tegasan yang berlaku semasa pengimbasan laser. Ia mengekalkan variasi prestasi tegangan jejari dan lilitan bilah turbin aloi titanium di bawah 5% dan memanjangkan hayat keletihannya sebanyak 30%.
Pembuatan Hijau dan Ekonomi Pekeliling
Bahan LPBF mempunyai kadar penggunaan 90%, iaitu 40 mata peratusan lebih besar daripada pembuatan tolak standard. Satu syarikat telah menaikkan kadar kitar semula serbuk kepada 85% dan mengurangkan kos satu set bahan acuan sebanyak 20% dengan menggunakan semula serbuk yang tidak cair dan menapisnya. LPBF juga memenuhi peraturan pembuatan hijau seperti "tarif karbon" EU kerana ia tidak mengeluarkan sebarang cecair pemotongan dan menggunakan tenaga yang sangat sedikit.