金属 3D プリンティングは、複雑な金型構造の製造上の問題をどのように解決できるのでしょうか?

1、射出成形の主な問題を解決する柔軟な冷却水回路
製造速度と製品の品質は、射出成形金型がどれだけよく冷却されるかによって決まります。従来の金型ではストレート穴の冷却水路が使用されています。これらのチャネルは複雑なキャビティ表面に貼り付きにくいため、局所的な温度変化が大きくなり、反りや収縮マークなどの製品欠陥が発生します。トポロジー最適化手法を使用して、金属 3D プリンティングにより、製品の形状に完全に一致するコンフォーマルな冷却水チャネルを作成できます。これにより、熱が発生する場所と冷却される場所の温度を正確に制御できます。
たとえば、3D プリントされたコンフォーマル水路を使用した後、車のドアハンドル金型の冷却時間は 18 秒から 12 秒に短縮されました。生産効率は33%向上し、製品の反り変形量は0.8mmから0.2mmに減少しました。合格率は92%から98.5%に上昇しました。さらに重要なのは、この概念が既存の方法の物理的制限を打ち破ることです-厚さ 0.5 mm の金型コア壁内に、直径 2 mm のスパイラル冷却チャネルを作成して三次元冷却ネットワークを構築できます-。 Zhongrui Technology の iSLM420 装置によって印刷された家電シェル金型上のコンフォーマル水路は、金型の寿命を 40% 延長し、熱疲労による亀裂の数を 75% 削減します。
2、格子構造の革新：金型の軽量化と異機能の融合
ダイカスト金型の場合、高温合金材料の熱疲労は、材料が可能な限り長持ちしない主な理由です。-金属 3D プリンティングでは、生体模倣格子構造を使用して物品を軽量化し、熱伝導経路を改善し、物品の強度を保ちます。特定の航空機エンジンブレードのダイカスト金型には、TPMS (Three Period Minimally Curved Surface) 格子設計が使用されました。これにより、モールドコアの重量が 35% 削減され、熱衝撃に対する耐性が 2 倍になりました。連続生産サイクルが 5000 個の金型から 12000 個の金型に延長されました。
この構造上の利点は、断熱用の部品を作成する場合に特に重要です。標準的なホット ランナー システムの断熱中間子は固体ですが、3D プリンティングでは、スプリッター プレートから金型への熱の移動を 60% 効率よく保つ中空の六角形格子中間子を作成できます。この設計により、医療消耗品の金型で射出成形サイクルが 22% 削減され、エネルギー使用量が 18% 削減されます。
3、微細多孔質排気システム: 閉じ込められたガス欠乏という業界の課題を解決
射出成形の際、金型キャビティ内のガスを十分に逃がすことができないと、ガススジや製品表面の焼けなどの問題が発生する可能性があります。従来の通気性のあるスチール製インサートには 2 つの主な問題があります。1 つは、空気が一方向にしか流れないこと、2 つ目は、通気性のある領域と密度の高い領域が接する点で応力が蓄積する傾向があることです。金属 3D プリントはこれらの限界を超え、多方向の通気性を備えた多孔質のオブジェクトを生成できます。-
レーザー ルミネッセンスの第 3 世代通気性スチール法は、レーザー スキャン アプローチを改善して、金型の表面に孔径 0.04 mm の高密度の通気性層を作成します。{0}同時に、金型内に三次元の接続された細孔ネットワークを構築します。-車のダッシュボード金型の用途では、このコンセプトにより、余分な排気ポートを必要とせずに、閉じ込められたガスの欠陥率が 15% から 0.3% に減少し、金型の構造が簡素化されます。さらに重要なことは、3D プリンティングでは通気性のあるパーツと金型本体を連携させることができるため、従来のインレイ手順のように継ぎ目から漏れが発生する可能性がありません。
4、複雑部品の一貫生産：金型加工のバリューチェーンを変える
従来の金型製作では「別加工+組立」という手法が用いられてきました。これは、ホット ノズル、傾斜した上部、金型コア パッドなどの重要な部品にはいくつかの手順を踏む必要があることを意味します。金属3Dプリントは、これら複雑な要素を「一貫生産」の発想で一気に造形します。例えば、あるブランドの携帯電話のフレーム金型のホットノズルシステムは、通常の方法で組み立てるのに 12 個の部品が必要です。 3D プリンティングを使用すると、流路と発熱体取り付け溝が一体化されたホット ノズル全体を作成できます。組立時間は8時間から0.5時間に短縮され、継ぎ目を減らすことで熱膨張収縮による破損の問題も完全に解決されました。
この変化は、薄肉の部品を作成する場合に最も顕著です。マンガ法によって開発された VoxelDance Engineering シミュレーション プログラムは、「スキャン変形補正」手法を使用して、316L ステンレス鋼薄肉部品 (肉厚 0.3mm) の印刷変形問題を解決することに成功しました。この方法により、車のグリル金型用の部品の精度が ± 0.5 mm から ± 0.08 mm まで向上します。また、研究開発期間が 60% 削減され、材料の使用量が 45% 増加します。
5、技術統合：金型生産の新たなパラダイムの確立
金属 3D プリンティングは単独で存在するのではなく、シミュレーション解析やインテリジェント検出などのテクノロジーと完全に絡み合っています。 Zhongrui Technology の機械には、粉体層の温度場をリアルタイムで監視できる多層最適化風場システムが搭載されています。-また、熱応力を補うためにレーザー設定を自動的に変更し、大型モールド (1.2 m × 0.8 m の車のバンパーモールドなど) の密度を 99.95% に達することもできます。流れ解析ツールを使用すると、設計者は、「設計シミュレーション印刷」の閉ループ反復であるモデリング プロセス中に冷却水チャネルの配置を改善できます。-
コストモデルの再構築という点では、3D プリンティングには独自の利点があります。例えば、従来の方法では1,000個の金型を作るのに28万元（金型開発に18万元）かかるが、3Dプリンティングソリューションでは1個あたり20％高いものの、金型開発費用がかからないため、総コストは22万元まで下がる。製品の反復速度が標準的な金型回収期間 (通常 12 ～ 18 か月) を超えると、3D プリンティングの経済性がより明らかになります。