کاربردهای ذوب بستر پودر لیزری (LPBF) در ساخت قالب چیست؟

1. اصل فنی: تعامل بین کنترل میکرو و شکل دهی کلان
بخش اصلی فناوری LPBF این است که می تواند تخت پودر فلزی را به طور بسیار دقیق دستکاری کند. سه مرحله در جریان فرآیند وجود دارد:
پخش پودر: خراش دهنده به طور مساوی پودر فلز را روی سکوی شکل دهی پخش می کند و لایه ای از پودر را به ضخامت 20 تا 100 میکرومتر می سازد. چگالی پودر مستقیماً تحت تأثیر اندازه ذرات است. به عنوان مثال، روش الکترود دوار پلاسما (PREP) پودر Ti-6Al-4V را تولید می کند که مقدار کمی پودر ریز دارد و به خوبی جریان می یابد. چگالی پودر می تواند به 55٪ تا 60٪ برسد که بسیار بهتر از روش اتمیزه کردن گاز (GA) است.
یک پرتو لیزر پرانرژی (100-1000 وات) لایه پودر را در طول مسیر مشخصی اسکن می‌کند و بلافاصله دمای محلی را بالاتر از نقطه ذوب بالا می‌برد. این یک حوضچه مذاب ایجاد می کند که به سرعت جامد می شود. می توانید قدرت لیزر (135-500 وات)، سرعت اسکن (900-2000 میلی متر بر ثانیه) و ضخامت لایه (30-50 میکرومتر) را تغییر دهید تا اندازه مناسب حوضچه مذاب (50-150 میکرومتر عرض، 10-50 میکرومتر عمق) و سرعت خنک کننده (10 4-10 K/s) را به دست آورید. این ریزساختار را بهبود می بخشد.
انباشته شدن لایه به لایه: چرخه پخش و ذوب پودر را بارها و بارها انجام دهید تا زمانی که یک قسمت جامد سه بعدی- داشته باشید. این روش نیازی به قالب یا ابزار برش ندارد و می تواند "طراحی رایگان" ایجاد کند. این به ویژه برای سازه هایی که کار با آنها با استفاده از روش های استاندارد دشوار است، مانند حفره های عمیق، اشکال نامنظم و دیوارهای نازک بسیار خوب است.
2. مزیت اصلی این است: غلبه بر چهار مشکل اصلی در ساخت قالب به روش قدیمی-
شکل دهی یکپارچه سازه های پیچیده
LPBF می‌تواند بخش‌هایی از قالب بسازد که نیاز به پردازش و کنار هم قرار دادن جداگانه با استفاده از روش‌های سنتی دارند. برای مثال، یکی از شرکت‌های تایر از فناوری LPBF برای ساخت بلوک‌های الگوی قالب لاستیکی استفاده کرد. این فرآیند معمولی را که 12 مرحله و 45 روز طول کشید، برای یک قطعه به 12 روز کاهش داد و کارایی ساخت چندین قسمت را به طور همزمان دو برابر کرد. طول عمر قالب تا 200000 بار بهبود یافت و خطای مونتاژ از 0.1 میلی متر به 0.02 میلی متر کاهش یافت.
بهبود سیستم خنک کننده منسجم
LPBF می تواند با استفاده از طراحی بهینه سازی توپولوژی، یک مدار آب خنک کننده در داخل قالب بسازد که متناسب با شکل محصول باشد. پس از طراحی یک مدار آب منسجم برای قالب تزریق پوسته تهویه مطبوع در یک شرکت لوازم خانگی خاص، راندمان خنک کننده تا 42٪ افزایش یافت، نرخ تاب خوردگی محصول تا 67٪ کاهش یافت و یک مجموعه از قالب ها باعث صرفه جویی بیش از 120000 یوان در هزینه برق در هر سال شد.
یکپارچگی سبک و کاربردی
LPBF به طراحی سبک وزن، از جمله پر کردن شبکه و ساخت شبکه کمک می کند. LPBF براکت بسته باتری را برای یک وسیله نقلیه با انرژی جدید از آلیاژ آلومینیوم ساخته است. این باعث می شود 38٪ سبک تر شود و یک تست اضافه بار 150٪ را پشت سر بگذارد که باعث افزایش 8٪ برد می شود. این تکنیک همچنین می‌تواند ماژول‌های کاربردی مانند حسگرها و عناصر گرمایشی را ترکیب کند تا "تجهیزات قالب" با هم کار کنند.
تکرار و تولید سریع که متناسب با نیاز شماست
LPBF نیازی به آماده سازی قالب ندارد و تغییر طراحی صرفاً نیاز به تغییر مدل دیجیتال دارد. این امر زمان لازم برای انجام تحقیق و توسعه را کاهش می دهد. یک شرکت پزشکی از LPBF برای ساخت قالب های سفارشی ایمپلنت ارتوپدی استفاده کرد. این روش از طراحی تا تحویل تنها 72 ساعت طول کشید که 80 درصد سریعتر از روش های قبلی بود. همچنین امکان تأیید چندین راه حل را به طور همزمان فراهم می کند.
3. یک مورد استفاده رایج این است: از تولید-بالا تا تولید انبوه در حوزه هوافضا
LPBF با موفقیت برای ساخت قالب برای قطعاتی که نیاز به کار در دما و فشار بالا دارند، مانند محفظه های احتراق موتور و رادیاتورهای توربین، استفاده شده است. برای مثال، Fraunhofer IGCV در آلمان از قطعات نمایشی موتور موشک ساخته شده از LPBF-استفاده می‌کند. ناحیه قرار گرفتن در معرض دمای بالا-از آلیاژ مس ساخته شده است تا موتور را کارآمدتر کند، قسمت تحمل بار از فولاد با استحکام بالا- ساخته شده است تا قابل اطمینان‌تر شود، و پره‌های مس خارجی هم عملکرد خنک‌کننده و هم پشتیبانی را انجام می‌دهند. این قطعات 30 درصد سبکتر و 25 درصد قابل اعتمادتر از موتورهای سنتی هستند.
تجارت خودرو
LPBF با بهینه‌سازی کانال‌های آب خنک‌کننده و استفاده از طرح‌های سبک وزن، راندمان تولید را در ساخت قالب‌های ضروری از جمله قالب‌های ریخته‌گری و قالب‌های تزریقی بسیار افزایش می‌دهد. قالب ریخته گری آلیاژ منیزیم که توسط تامین کننده قطعات خودرو با استفاده از LPBF ساخته می شود، 200000 چرخه دوام می آورد که سه برابر بیشتر از قالب های سنتی است. یک کارخانه قالب‌سازی ضربه‌گیر از فناوری پخش پودر با سرعت بالا برای سرعت بخشیدن به فرآیند ساخت یک مجموعه قالب از 18 روز به 11 روز استفاده می‌کند که 15 درصد از هزینه را کاهش می‌دهد.
مراقبت های بهداشتی و لوازم الکترونیکی مصرفی
LPBF برای ساخت قالب های کوچک و دقیق عالی است. برای مثال، یک کارخانه قالب‌بندی محصول 3C، قالب‌های قاب تلفن همراه را با استفاده از μ-تکنولوژی LPBF (دقت چاپ 2 تا 5 میکرومتر)، با حداقل اندازه ویژگی 50 میکرومتر و زبری سطح Ra می‌سازد.<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. روند صنعت: ترکیب فناوری ها و بازسازی محیط زیست
ساخت سازه ها با مصالح و شیب های متعدد
LPBF می تواند قالب های مواد ناهمگن یا گرادیان را با مدیریت سیستم تامین پودر بسازد. به عنوان مثال، یک شرکت خاص یک قالب ماده گرادیان جهت XY ساخت که از آلیاژ پایه نیکل-در ناحیه دمای بالا-مقاوم در برابر حرارت{3}}و آلیاژ مس در ناحیه خنک کننده استفاده می‌کند تا در انتقال گرما بهتر شود. کیفیت مکانیکی و حرارتی یک انتقال بدون درز را ایجاد می کند و راندمان 50٪ بیشتر از قالب های کامپوزیت چند لایه استاندارد است.
بهبود فرآیند هوشمند و مدیریت خطا
LPBF می تواند با استفاده از مدل های جفت مکانیکی حرارتی و روش های یادگیری ماشین، تنش و تغییر شکل پسماند را در زمان واقعی پیش بینی کند. به عنوان مثال، مدل اجزای محدود Autodesk میدان‌های دما و تنشی را که در حین اسکن لیزری رخ می‌دهند، مدل‌سازی می‌کند. واریانس عملکرد کششی شعاعی و محیطی پره‌های توربین آلیاژی تیتانیوم را زیر 5 درصد نگه می‌دارد و عمر خستگی آنها را 30 درصد افزایش می‌دهد.
تولید سبز و اقتصاد دایره ای
میزان استفاده از مواد LPBF 90 درصد است که 40 درصد بیشتر از تولید استاندارد کاهشی است. یک شرکت نرخ بازیافت پودر را به 85 درصد افزایش داده و با استفاده مجدد از پودری که ذوب نشده و غربالگری می کند، هزینه یک مجموعه از مواد قالب را 20 درصد کاهش داده است. LPBF همچنین از مقررات تولید سبز مانند "تعرفه کربن" اتحادیه اروپا پیروی می کند زیرا هیچ مایع برشی آزاد نمی کند و انرژی بسیار کمی مصرف می کند.