金属 3D プリントで大きなサイズの金型を製造できますか?{0}

1. 大規模な金属 3D プリンティングの大きな前進: 研究室から工場まで-
金属 3D プリントの背後にある主なアイデアは、金属材料を互いに積み重ね、レーザーや電子ビームなどの高エネルギー ビームを使用して複雑な構造を直接作成することです。-大型の金型の製造に関しては、次の 3 つの領域で大きな進歩がありました。
装備形式の拡大
LiM-X1500H ラジウム レーザー装置は、1290mm × 1180mm × 506mm のサイズの部品を成形できます。航空エンジンの円形と四角形の両方のセクションを同時に印刷できます。この部分には中空構造と補強リブが多くあります。従来の手順ではブロック処理とスプライスが必要でしたが、SLM テクノロジーでは製造サイクルが 50% 以上短縮され、一体成形により材料の 90% 以上が使用されます。さらに重要なことは、2024 年に発売された同社の LiM-X800H+ 装置は、ネット成形高さが 2.5 メートルで、サイズが 418mm × 362mm × 2210mm のチタン合金スパイラル構造コンポーネントを製造できたことです。これは、装置が大型で軽量の部品を製造するのに十分な安定性を備えていることを証明しています。
多数のレーザーの連携とプロセス改善
熱応力の制御は大規模印刷にとって問題です。{0}} 6- メートルを超えるチタン合金の飛行機フレームを印刷する場合、Leiming レーザーはマルチレーザー コラボレーション技術を採用し、レーザー スポットの重複率を 30% に高めます。-動的粉末分散アプローチを使用すると、残留応力が 40% 低下し、超大型部品 (6295mm × 2198mm × 614mm) の寸法が正確になることが保証されます。アルミニウム合金熱交換器 (569mm × 527mm × 512mm) のトポロジー最適化設計も、SLM テクノロジーを使用してフロー チャネルと主要構造を組み合わせる方法を示しています。これは、この方法が複雑な冷却システムに対していかに柔軟であるかを示しています。
ハイブリッド製造と後処理におけるイノベーション{0}}
Laiming Laser は、純銅などの耐金属性の高い材料向けのグリーン レーザー積層造形ソリューションを開発しました。{0}このシステムは、純銅製のスラスト チャンバーと放熱フィン構造の印刷に成功しました。この方法は、素早く反応する材料に対する通常の赤色レーザーの吸収限界を超え、純銅の印刷を 3 倍効率化します。表面粗さはRaです<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. 大量金型製造の業界利用：アイデアのテストから量産まで
金属 3D プリントは、いくつかのハイエンド企業で大きな金型を作成するために使用されており、その価値は実際の例によって証明されています。-
航空宇宙における軽量かつ機能的な統合
低空経済における軽量のドローン フレームワークの必要性により、大規模な 3D プリンティングが使用されるようになりました。{0}{1}{1} Luming Laser は、LiM-X260A を使用して、153mm × 153mm × 25mm、重量 0.3kg 未満のチタン合金ドローン フレームを印刷しました。トポロジーの最適化により、生産プロセスの部品数とステップ数が 12 から 3 に削減されます。印刷サイクルも 5 時間に短縮されます。このシナリオは、金属 3D プリンティングが重量と構造強度の間のバランスを見つけることができることを示しています。これは、航空機機器の機能を向上させるために非常に重要です。
エネルギー機器: 複雑な冷却システムを 1 つの部品にまとめる
大型熱交換器金型の冷却チャネルの設計は、原子力機器の効率に直接影響します。従来の方法では、金型に何百もの冷却穴を開ける必要がありました。一方、金属 3D プリンティングでは、コンフォーマルな冷却水路が形成され、冷媒の流れの距離が 60% 短縮され、熱伝達効率が 25% 向上します。たとえば、SLM テクノロジーは、幅がわずか 2 mm の冷却水チャネルを備えた原子力発電用蒸気発生器の金型を印刷するために使用されました。この金型は高さ 1.2 メートルで、均一な温度制御を備えていたため、従来のプロセスで部品が熱くなりすぎるときに発生する材料疲労の問題が解決されました。
自動車製造: 大型金型の迅速な変更
ほとんどの自動車パネルの金型は 3 メートルを超え、従来の鋳造方法では 6 ～ 8 週間の試作サイクルが必要です。また、金属 3D プリンティングでは、金型コアを直接製造することで、金型コアの作成にかかる時間を 2 週間に短縮します。あるブランドの新エネルギー車は、大きなダイカスト金型を固定するために DED 技術を採用しました。{6}}粉末の供給と溶解を同時に行うことで、金型表面の耐摩耗層は 48 時間で固定されました。補修層は HRC52 硬質で、一般的な溶接法より 20% 硬かったです。これは、熱影響部によって金型の形状が変化しないことを意味します。
3. 技術課題と今後の動向：一点突破から環境再構築へ
大規模な金属 3D プリントには多くの可能性がありますが、広く使用される前に解決する必要がある 3 つの大きな問題がまだあります。-
材料のコストと性能の管理
金型の作成には焼き入れして硬化した材料が必要ですが、3D プリントでは材料が急速に冷えてしまい、より脆くなる可能性があります。解決策は、低応力マルテンサイト時効鋼粉末を作成し、それを熱処理して 52HRC まで硬くすることです。{{2}グラデーションマテリアル印刷技術を使用して、コア領域に強靭なマトリックスを維持しながら、金型の表面にハードコーティングを施します。これにより耐摩耗性と耐衝撃性のバランスが取れています。
プロセスにおける安定性と品質のテスト
大規模に印刷する場合、局所的な過熱や粉体の汚染により、故障率が上昇する可能性があります。業界は、赤外線熱画像装置とメルトプール監視システムをラジウム レーザーと組み合わせた LiM-X800H+ 装置など、-その場監視技術を推進しています。この技術により、レーザーの強度をリアルタイムで変更し、欠陥数を 3% から 0.5% に削減できます。同時に、AI- ベースの欠陥予測モデルは、過去の印刷データを調べることでリスク要因を事前に発見できるため、品質をさらに安定させることができます。
産業チェーンにおけるコラボレーションと標準化
巨大な金型を作成するには、3D プリンティング、CNC 加工、熱処理などのいくつかのステップを組み合わせる必要があります。 GF Processing Solutions は、自動ワークステーションを使用してサブトラクティブ プロセスとアディティブ プロセスをシームレスに組み合わせる「ハイブリッド部品」製造ソリューションを開始しました。これにより、金型の製作にかかる時間を40％削減できます。 ISO/ASTM 52921 規格の導入により、大規模な金属 3D プリンティングにおける寸法公差や表面粗さなどの重要な要素の規格も定められました。-これにより、業界はこのテクノロジーを広範囲に使用できるようになります。