È possibile realizzare stampi di grandi-dimensioni mediante la stampa 3D in metallo?

1. Un grande passo avanti nella-stampa 3D di metalli su larga scala: dal laboratorio alla fabbrica
L'idea principale alla base della stampa 3D in metallo è quella di impilare i materiali metallici uno sopra l'altro e utilizzare raggi ad alta-energia come laser o fasci di elettroni per creare direttamente strutture complicate. Quando si tratta di realizzare stampi di grandi dimensioni, ci sono stati grandi progressi in tre aree:
Espansione del formato delle apparecchiature
L'attrezzatura laser al radio LiM-X1500H può stampare pezzi di dimensioni 1290 mm × 1180 mm × 506 mm. Può stampare contemporaneamente sezioni rotonde e quadrate di motori aeronautici. Ci sono molte strutture cave e nervature di rinforzo in questa parte. Le procedure tradizionali richiedono la lavorazione e la giunzione dei blocchi, mentre la tecnologia SLM riduce il ciclo produttivo di oltre il 50% e utilizza oltre il 90% del materiale attraverso lo stampaggio integrato. Ancora più importante, la sua attrezzatura LiM-X800H+, lanciata nel 2024, ha un'altezza di formatura netta di 2,5 metri ed è stata in grado di realizzare componenti strutturali a spirale in lega di titanio di dimensioni 418 mm × 362 mm × 2210 mm. Ciò dimostra che l'attrezzatura è sufficientemente stabile per realizzare componenti grandi e leggeri.
Collaborazione tra più laser e miglioramento dei processi
Il controllo dello stress termico è un problema per la stampa su larga-scala. Quando si stampano telai di aerei in lega di titanio di oltre 6- metri, il laser Leiming adotta la tecnologia di collaborazione multi-laser per portare il tasso di sovrapposizione del punto laser al 30%. Se utilizzato con un approccio di distribuzione dinamica della polvere, riduce lo stress residuo del 40%, garantendo che le dimensioni delle parti ultra-grandi (6295 mm × 2198 mm × 614 mm) siano corrette. Il design di ottimizzazione della topologia dello scambiatore di calore in lega di alluminio (569 mm × 527 mm × 512 mm) mostra anche come la tecnologia SLM possa essere utilizzata per combinare il canale di flusso e la struttura principale. Ciò dimostra quanto sia flessibile il metodo per sistemi di raffreddamento complessi.
Innovazione nella produzione ibrida e nella post-elaborazione
Laiming Laser ha sviluppato una soluzione di produzione additiva laser verde per materiali ad alto contenuto anti-metallici come il rame puro. Questo sistema ha stampato con successo camere di spinta in rame puro e strutture ad alette di dissipazione del calore. Questo metodo va oltre il limite di assorbimento dei normali laser rossi su materiali che reagiscono rapidamente, rendendo la stampa del rame puro tre volte più efficiente. La rugosità superficiale è Ra<0.8 μ m, which meets the strict requirements for heat conductivity in the aerospace industry. At the same time, unique connecting technology has been created to satisfy the needs of huge moulds once they have been processed. Laser welding makes it easy to connect 3D printed pieces with traditional machining bases. This makes the structure stronger and speeds up the manufacturing process.
2. Utilizzo industriale della produzione massiccia di stampi: dalla sperimentazione delle idee alla realizzazione in grandi quantità
La stampa 3D in metallo è stata utilizzata in diverse aziende-di fascia alta per realizzare stampi di grandi dimensioni e il suo valore è stato dimostrato attraverso esempi-del mondo reale:
Integrazione leggera e funzionale nel settore aerospaziale
La necessità di strutture leggere per i droni nell'economia a bassa-altitudine ha portato all'uso della stampa 3D su-scala su larga scala. Luming Laser ha utilizzato la LiM-X260A per stampare il telaio di un drone in lega di titanio che misura 153 mm × 153 mm × 25 mm e pesa meno di 0,3 kg. L'ottimizzazione della topologia riduce il numero di parti e il numero di fasi del processo di produzione da 12 a 3. Anche il ciclo di stampa viene ridotto a 5 ore. Questo scenario mostra che la stampa 3D in metallo può trovare un equilibrio tra peso e resistenza strutturale, il che è molto importante per far funzionare meglio le apparecchiature aeronautiche.
Apparecchiature energetiche: mettere insieme complicati sistemi di raffreddamento in un unico pezzo
Il design del canale di raffreddamento negli stampi per scambiatori di calore di grandi dimensioni ha un impatto diretto sull'efficienza delle apparecchiature dell'energia nucleare. I metodi tradizionali necessitano di centinaia di fori di raffreddamento praticati nello stampo. La stampa 3D in metallo, d’altro canto, crea un canale conformato per l’acqua di raffreddamento che riduce la distanza del flusso del refrigerante del 60% e aumenta l’efficienza del trasferimento di calore del 25%. Ad esempio, la tecnologia SLM è stata utilizzata per stampare uno stampo per un generatore di vapore nucleare dotato di un canale per l’acqua di raffreddamento largo solo 2 mm. Questo stampo era alto 1,2 metri e aveva un controllo uniforme della temperatura, risolvendo il problema dell'affaticamento del materiale che si verifica quando le parti diventano troppo calde nei processi tradizionali.
Produzione automobilistica: apportare rapidamente modifiche a stampi di grandi dimensioni
La maggior parte degli stampi per pannelli di automobili sono più grandi di 3 metri e i metodi di fusione tradizionali richiedono un ciclo di produzione di prova da 6 a 8 settimane. Inoltre, la stampa 3D in metallo riduce il tempo necessario per realizzare l’anima di uno stampo a due settimane producendolo direttamente. Un certo marchio di veicoli a nuova energia ha utilizzato la tecnologia DED per riparare grandi stampi di pressofusione. Lo strato resistente all'usura-sulla superficie dello stampo è stato fissato in 48 ore alimentando e sciogliendo la polvere allo stesso tempo. Lo strato di riparazione aveva una durezza HRC52, ovvero il 20% più duro rispetto al tipico metodo di saldatura. Ciò significa che lo stampo non cambierà forma a causa della zona interessata dal calore.
3. Sfide tecnologiche e tendenze future: dalle innovazioni in un unico punto alla ristrutturazione dell'ambiente
Anche se la stampa 3D in metallo su larga scala-ha un grande potenziale, presenta ancora tre grossi problemi che devono essere risolti prima di poter essere utilizzata su larga scala:
Controllo dei costi e delle prestazioni dei materiali
La produzione di stampi richiede materiali che siano stati temprati e induriti, ma la stampa 3D può raffreddare rapidamente i materiali, rendendoli più fragili. La soluzione è produrre polvere di acciaio per invecchiamento martensitico a basso-stress e trattarla termicamente-per renderla più dura fino a 52HRC. Utilizzando la tecnica di stampa del materiale gradiente, viene applicato un rivestimento duro sulla superficie dello stampo mantenendo una matrice resistente nell'area centrale. Ciò bilancia la resistenza all'usura e la resistenza agli urti.
Test di stabilità e qualità nel processo
Quando si stampa su larga scala, il surriscaldamento locale o la contaminazione da polvere potrebbero causare un aumento del tasso di errore. Il settore sta spingendo per tecnologie di monitoraggio in-situ, come l'apparecchiatura LiM-X800H+ che combina termocamere a infrarossi e sistemi di monitoraggio dei bacini di fusione con un laser al radio. Questa tecnologia può modificare la potenza del laser in tempo reale e ridurre il numero di difetti dal 3% allo 0,5%. Allo stesso tempo, i modelli di previsione dei difetti basati sull'AI- possono individuare in anticipo i fattori di rischio esaminando i dati di stampa passati, il che aiuta a mantenere la qualità ancora più stabile.
Collaborazione e standardizzazione nella filiera industriale
La realizzazione di stampi enormi richiede la combinazione di diverse fasi, come la stampa 3D, la lavorazione CNC e il trattamento termico. GF Processing Solutions ha lanciato una soluzione di produzione di "parti ibride" che utilizza stazioni di lavoro automatizzate per combinare perfettamente processi sottrattivi e additivi. Ciò riduce del 40% il tempo necessario per realizzare gli stampi. L'introduzione dello standard ISO/ASTM 52921 stabilisce inoltre standard per fattori importanti come le tolleranze dimensionali e la ruvidità superficiale per la stampa 3D di metalli su larga-scala. Ciò consente all’industria di utilizzare questa tecnologia su larga scala.