Comment l’impression 3D métal peut-elle contribuer à raccourcir le cycle de production des moules ?

一, Refactoring des processus : passer du "traitement en série" à la "fabrication parallèle"
La fabrication traditionnelle de moules utilise le paradigme du « traitement en série », dans lequel chaque opération est effectuée en séquence, et tout retard dans une liaison entraînerait un cycle global plus long. Par exemple, le processus de production de moules standard pour un certain fabricant de pièces automobiles prend 120 heures rien que pour les phases d’usinage des électrodes et d’usinage par décharge. Cela signifie qu'il y a plus de risques de commettre des erreurs en raison du grand nombre d'étapes de serrage et de positionnement. Avec le mode « fabrication parallèle », la technologie d'impression 3D métal intègre les trois étapes principales de conception, d'impression et de post-traitement sans aucun intervalle de temps, ce qui représente un grand changement par rapport aux anciennes méthodes :
Intégration de la conception et de l'impression : après avoir terminé la conception du moule dans un logiciel de modélisation 3D, les concepteurs peuvent immédiatement créer des données de coupe et les envoyer aux imprimantes 3D sans avoir à fabriquer d'électrodes, à écrire des instructions CNC ou à examiner le processus. Le moule en coque de climatisation produit par Zhongrui Technology pour une certaine entreprise d'électroménager ne prend que 72 heures entre la conception et l'impression, ce qui est 60 % plus court que les techniques standard.
Traitement parallèle de plusieurs tâches : l'équipement peut fabriquer plusieurs composants de moule à la fois pendant l'impression, il n'est donc pas nécessaire d'impliquer des personnes. Par exemple, un certain-fabricant de moules de moulage sous pression utilise une imprimante 3D métallique à double laser pour construire 16 cavités de moule concaves en même temps en 48 heures. C'est 8 fois plus rapide que le traitement classique d'une seule pièce.
Processus de post-traitement plus simple : pour passer à l'étape du moule d'essai, le moule imprimé n'a besoin que de suivre quelques étapes de base, telles que couper les fils, retirer le support et chauffer le moule. Selon une étude de cas sur un moule de connecteur électronique, les moules imprimés en 3D prennent 70 % moins de temps à terminer que les moules traditionnels, et il n'est pas nécessaire de faire le même travail encore et encore.
2, Innovation dans le processus : La construction légère et l'action de compression périodique du refroidissement conforme
Le système de refroidissement du moule représente une partie importante du cycle de production. En raison de leur architecture limitée, les canaux d'eau à trou droit traditionnels ont tendance à avoir des températures de moule incohérentes et nécessitent des temps de refroidissement plus longs pour empêcher les produits de changer de forme. La technologie d'impression 3D métal améliore à la fois l'efficacité du refroidissement et le cycle de production en utilisant deux nouveaux processus :
Conception d'un canal d'eau de refroidissement conforme : les concepteurs peuvent utiliser l'aspect "moulage libre" de l'impression 3D pour créer des formes de canaux d'écoulement en spirale, en maillage ou biomimétiques qui correspondent très étroitement à la cavité du moule. Après avoir utilisé une voie navigable conforme pour un certain moule de pare-chocs de véhicule, le cycle de moulage par injection a été réduit de 45 secondes à 30 secondes et la capacité de production annuelle d'un appareil a augmenté de 120 000 pièces. La voie navigable conforme est encore plus importante car elle élimine le « point mort de refroidissement » que possèdent les voies navigables traditionnelles. Cela réduit le taux de déformation du produit de 0,8 % à 0,2 % et augmente le taux de rendement à 99,5 %, ce qui réduit le temps nécessaire aux tests et aux retouches du moule.
Optimisation structurelle légère : la technologie d'optimisation de la topologie peut aider l'impression 3D métallique à éliminer les matériaux supplémentaires des moules, ce qui peut réduire le poids de 30 à 50 % tout en garantissant la solidité de la structure. Une entreprise qui fabrique des équipements éoliens a divisé un moule de pale de 2-mètres de large en 8 modules légers pour l'impression. Cela réduit les frais d'expédition de 40 %. Le temps nécessaire pour remplacer un seul module a également été réduit de 2 heures à 30 minutes, ce qui raccourcit considérablement le cycle de maintenance des moules.
3, Optimisation des matériaux : percées périodiques dans les alliages et les matériaux composites à haute-performance
La façon dont fonctionnent les matériaux du moule a un effet direct sur la difficulté de leur traitement et sur le temps qu'il faut pour fabriquer quoi que ce soit. Étant donné que l'acier pour moules traditionnel est assez dur et ne transmet pas bien la chaleur, il doit être traité thermiquement-plusieurs fois et usiné très précisément pour répondre aux besoins d'utilisation. Mais la technologie d’impression 3D métal dépasse les limites de performances des matériaux standards en modifiant la façon dont les matériaux sont fabriqués et la façon dont ils sont utilisés.
Impression directe d'alliages à haute-température : un certain fabricant de moteurs à turbine utilise l'impression 3D pour fabriquer des volutes à partir d'alliages à haute température-à base de nickel-. Il obtient 100 000 cycles sans fuite-dans un environnement à haute-température de 600 degrés en optimisant les paramètres du laser et les structures de support. Sa durée de vie est trois fois plus longue que celle des pièces moulées traditionnelles, et il n'est pas nécessaire de procéder ensuite à un pressage isostatique à chaud, ce qui raccourcit le cycle de fabrication de 20 %.
Dissipation thermique efficace en alliage de cuivre : un fournisseur de services de centre de données utilise des modules refroidis par liquide en alliage de cuivre imprimés en 3D avec une conductivité thermique de 398 W/(m · K). Cela les rend 60 % plus efficaces pour évacuer la chaleur que les modules en aluminium. L'impression intégrée élimine le risque de fuite de soudure, ce qui réduit le temps nécessaire au débogage du système de dissipation thermique du serveur de 7 jours à 3 jours.
Intégration fonctionnelle des matériaux composites : l'impression 3D métallique peut faire fonctionner ensemble des structures pratiques telles que des canaux de refroidissement, des broches d'éjection et des fentes d'échappement. Grâce à une conception intégrée, le nombre de pièces dans un moule intérieur d'automobile donné a été réduit de 127 à 38. Le temps nécessaire pour assembler le moule a été réduit de 70 % et le taux de fuite du moule est tombé à moins de 0,1 % car il y a moins de joints d'étanchéité.
4, Étude de cas : Le passage cyclique du laboratoire à la chaîne de fabrication
Dans le domaine des moules médicaux, une certaine entreprise de dispositifs médicaux utilise la technologie d’impression 3D métallique pour fabriquer des moules d’implants orthopédiques. Le cycle de moulage par injection est réduit de 120 secondes à 75 secondes grâce à une conception de refroidissement conforme. La stabilité de la taille du produit est améliorée de 50 % et la capacité de production quotidienne passe de 500 pièces à 800 pièces. Cela répond aux besoins en fournitures médicales d’urgence.
Dans l’industrie de l’électronique grand public, une entreprise qui fabrique des téléphones mobiles utilise l’impression 3D pour fabriquer des moules pour les capots supérieurs USB. En améliorant la conception conforme des voies navigables, le cycle de moulage des composants moulés par injection est réduit de 45 % et le taux de passage direct des marchandises passe de 82 % à 95 %. En effet, un refroidissement inégal entraîne moins de défauts de surface. Cela réduit considérablement le temps nécessaire au lancement de nouveaux produits.
Une certaine entreprise qui fabrique des moteurs d’avion dans le domaine aérospatial a commencé à utiliser des moules d’aubes de turbine en alliage de titane imprimés en 3D. Le poids du moule a été réduit de 40 % grâce à une conception légère et à une amélioration de la topologie. De plus, le cycle de réparation du moule a été réduit de 15 jours à 3 jours depuis la diminution de la déformation par traitement thermique. Cela garantit que les pales du moteur sont toujours disponibles.