SLM Metall 3D-gedruckte konforme Kühlspritzgussform
Integrierte Form mit integrierten, unregelmäßig geformten Wasserkanälen, wodurch Demontage, Bohren und Nuten überflüssig werden. Er kann als konformer Kühlwasserkanal gestaltet werden, der sich perfekt an die Konturen des Produkthohlraums anpasst. Dies ist ein zentraler struktureller Vorteil des 3D-Drucks, da herkömmliche Bohrungen solche unregelmäßig geformten, umgebenden Rohre nicht erreichen können. Die Wasserkanäle schließen bündig mit der Produktoberfläche ab, wodurch Kühltotzonen vermieden werden, die Einspritzkühlzeit um 30 bis 55 % verkürzt und die Produktionseffizienz um über 35 % gesteigert wird. Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung in der gesamten Form werden Spritzgussfehler wie Verzug, Schrumpfungsspuren, Blasen und Risse effektiv behoben und die Ausbeute erheblich verbessert. Die gleichmäßige Wärmeableitung reduziert den Ermüdungsverschleiß durch wechselnde heiße und kalte Temperaturen und erhöht die Lebensdauer der Form um 30 bis 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Wasserkanälen mit geraden Löchern.
Wird häufig in Spritzgussformen für Gerätegehäuse, Automobil-Kunststoffteile, Präzisionselektronik-Kunststoffteile und unregelmäßig geformte Teile für den täglichen Bedarf verwendet, insbesondere für dünnwandige und unregelmäßig gebogene Produkte mit tiefen Hohlräumen, die schwer zu kühlen sind.
Druckbare Materialien
Es können über 50 Arten von Materialien geformt werden, darunter AlSi10Mg, AlSi7Mg, TC4, TA15, GH4169, GH3625, GH5188, GH3128, GH3536, 304, 316L, 17-4PH, H13, 18Ni300, CX und CoCrMo.
Die Präzision der Produkte kann im Allgemeinen unter 0,05 mm kontrolliert werden, die Dichte kann 99,5–99,97 % erreichen und die Oberflächenrauheit Ra beträgt 5–9 Mikrometer. Die folgende Tabelle zeigt die Materialeigenschaften häufig verwendeter metallischer Werkstoffe mithilfe der selektiven Laserschmelztechnologie:
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Name des Metallmaterials |
Edelstahl 316L |
AlSi10Mg-Aluminiumlegierung |
TC4-Titanlegierung |
MS1 Formstahl |
GH4169 Superlegierung auf Nickelbasis |
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Höchste Zugfestigkeit (Rm) |
620 ± 50 MPa |
345 ± 10 MPa (XY) 350 ± 10 MPa (Z) |
1050 ± 20 MPa |
1950 ± 100 MPa |
1400 ± 100 MPa |
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Streckgrenze (Rp0,2) |
560 ± 50 MPa |
230 ± 15 MPa (XY) 230 ± 15 MPa (Z) |
1000 ± 20 MPa |
1990 ± 100 MPa |
1150 ± 100 MPa |
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Härte |
85HRB |
- |
- |
50-56 HRC |
47HRC |
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Dehnung (A%) |
36±4 % |
12 ± 2 % (XY) 11 ± 2 % (Z) |
14 ± 1 % (XY) 15 ± 1 % (Z) |
4±2% |
15 ± 3 % |
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Anwendungsbereich: |
Metallschlüssel, Werkzeugvorrichtungen, komplexe Blechteile und andere Produkte |
Gehäuseteile mit geringen Anforderungen an die Druckfestigkeit zur Gewichtsreduzierung, Komponenten zur Wärmeableitung im Automobilbereich usw. |
Hochfeste und leichte Komponenten für Rennwagen und Sportwagen |
Wird hauptsächlich zur Herstellung von Kunststoffformen mit hoher Präzision, superspiegelnder Oberfläche, komplexen Hohlräumen und großen Querschnitten verwendet |
Scheiben, Ringe, Wellen, Schaufeln, Befestigungselemente, elastische Bauteile, Gasleitungen, Dichtungselemente usw. |
Bei den oben genannten Materialeigenschaften handelt es sich um Testwerte für 3D-gedruckte Werkstücke im „wärmebehandelten Zustand“. Zusätzlich zu den oben genannten häufig verwendeten Materialeigenschaften kann das Jingye Additive Manufacturing-Team Druckprozessparameterpakete für neue Materialien entsprechend den Kundenanforderungen entwickeln.
Produktanwendungsszenarien
Derzeit wird die Metall-3D-Drucktechnologie in großem Umfang in der Luft- und Raumfahrt, bei industriellen Formen, in der Elektronik und Energie, im Bildungswesen und in der wissenschaftlichen Forschung sowie in anderen Bereichen eingesetzt. Darüber hinaus hat die 3D-Drucktechnologie ausgereifte Anwendungen im täglichen Leben, beispielsweise bei der Herstellung von Automobilteilen, konformen Kühlkanälen/thermoplastischen Formen und orthopädischen Implantaten.
Lösung von Kundenproblemen
1. Formenbau
Schmerzpunkt 1: Ungleichmäßige Abkühlung in Spritzguss- und Druckgussformen, Produktverzug und langsames Formen; SLM-konforme Kühlkanäle sorgen für eine gleichmäßige Temperaturkontrolle und reduzieren so deutlich Defekte;
Schmerzpunkt 2: Komplexe und unregelmäßig geformte Formeinsätze sind schwierig zu verarbeiten und haben lange Zyklen; SLM formt Einsätze direkt und macht mehrere Fräsvorgänge überflüssig.
2. Luft- und Raumfahrt
Schmerzpunkt 1: Unzureichende Kühlung von Hochtemperatur-Motorkomponenten, was zu einem geringen thermischen Wirkungsgrad führt; integrierte komplexe Kühlkanäle verbessern die Verbrennungseffizienz;
Schmerzpunkt 2: Übermäßiges Flugzeuggewicht schränkt die Tragfähigkeit ein; Gitterleichtbaustrukturen reduzieren das Gewicht deutlich;
Schmerzpunkt 3: Leckage- und Vibrationsfehler beim Zusammenbau mehrerer Teile; Integriertes Formteil eliminiert Schwachstellen in Schweißnähten.
3. Medizinische Orthopädie und Zahnmedizin
Schmerzpunkt 1: Nichtübereinstimmung zwischen Standardprothesen und den Knochen des Patienten, was zu einer postoperativen Lockerung führt; Die personalisierte biomimetische poröse Struktur von SLM verbessert das Knocheneinwachsen;
Schmerzpunkt 2: Poröse Fusionsgerüste können nicht mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden; Implantate sind anfällig für Stress Shielding und Osteoporose.
4. Neue Energiewärmeableitung (Aluminiumlegierung)
Problempunkt: Die herkömmliche Anordnung der Wärmeableitungsrohre ist begrenzt, was zu einer geringen Wärmeableitungseffizienz führt. Das aus einem Stück geformte, dichte, unregelmäßige SLM-Wärmeableitungsarray verdoppelt die Wärmeaustauschkapazität.
Vergleich der technischen Vorteile
Die folgende Tabelle vergleicht die SLM-Metall-3D-Drucktechnologie mit anderen additiven Fertigungstechnologien:
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Vergleichsprozess |
Vorteile |
Nachteile |
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vs. DED (Laserpulverzufuhr) |
1. Hohe Formgenauigkeit und hervorragende Oberflächenqualität, ermöglicht die Herstellung von Präzisionsstrukturen wie Mikroströmungskanälen und dünnwandigen Gittern; 2. Die Pulverbettschmelzung sorgt für eine höhere Teiledichte mit weniger inneren Defekten. 3. Gleichbleibende Umformleistung für einzelne Teile, geeignet für die Serienprototypisierung von Bauteilen kleiner und mittlerer Präzision. |
1. Begrenzte Baugröße, keine Verarbeitung großer Komponenten möglich; 2. Höhere Kosten für Ausrüstung und Metallpulver, schlechte Wirtschaftlichkeit bei großformatigen Teilen; 3. Unfähig, vorhandene Teile zu reparieren oder zu verkleiden.
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vs. EBM (Elektronenstrahlschmelzen) |
1. Weitaus bessere Formgenauigkeit und Oberflächengüte als EBM, weniger Nachbearbeitungszugabe erforderlich; 2. Keine Vakuumkammer erforderlich, einfachere Gerätewartung, größere Auswahl an verfügbaren Materialien (Aluminium, Kupfer, Formstähle sind alle kompatibel); 3. Stabilere Druckgeschwindigkeit mit höherer Produktivität für kleine Teile. |
1. Eine schnelle Laserkühlung führt zu hohen Eigenspannungen im Inneren der Teile, daher ist eine Wärmebehandlung obligatorisch. 2. Höheres Spannungsrissrisiko beim Superlegierungsdruck im Vergleich zum EBM.
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vs. MIM (Metallspritzguss) |
1. Keine Entwicklung einer Spritzgussform erforderlich, niedrige Kosten und kurze Vorlaufzeit für Einzelstücke, kleine Chargen und neue Produktiterationen; 2. Ermöglicht komplexe Strukturen einschließlich interner konformer Kühlkanäle und Hohlgitter, die mit MIM nicht realisiert werden können; 3. Bessere mechanische Eigenschaften mit einer Dichte nahe der von Schmiedestücken, anwendbar für tragende Komponenten, die unter hoher Temperatur und hohem Druck arbeiten. |
1. Höhere Stückkosten für massenproduzierte Standard-Kleinteile als MIM; 2. Geringere Produktionseffizienz als MIM, nicht für die Massenproduktion im 100.000-Stück-Maßstab geeignet. |
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vs. Nichtmetallischer 3D-Druck (FDM/SLA) |
1. Vollständig aus Metall gefertigte Teile mit hervorragender Festigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie thermischer und elektrischer Leitfähigkeit; 2. Kann direkt auf Werkzeuge, Formen und tragende Strukturen in der Luft- und Raumfahrt angewendet werden, um industrielle Belastungsbedingungen zu erfüllen. |
1. Extrem hohe Kosten für Ausrüstung, Metallpulver und täglichen Betrieb; 2. Komplizierter Prozessablauf, der mehrere Hilfsverfahren erfordert, einschließlich Wärmebehandlung, Fehlererkennung und Nachbearbeitung. |
Der Vergleich in der obigen Tabelle zeigt, dass die umfassenden Vorteile der SLM-Technologie sind:
1. Hohe Präzision und starker Detailausdruck; die stärkste Fähigkeit, komplexe interne Hohlräume und leichte Punktmatrixformung zu integrieren;
2. Hohe Metalldichte und hervorragende mechanische Eigenschaften; geeignet für Formen, Luft- und Raumfahrt und medizinische Präzisionsteile;
3. Breite Materialabdeckung; Es können Edelstahl, Titan, Aluminium, Hochtemperaturlegierungen und Formstahl geformt werden.
4. Hohe Ausnutzungsrate von Edelmetallmaterialien; In Kombination mit proprietären Wärmebehandlungs-, Bearbeitungs- und Prüfgeräten können fertige Produkte aus einer Hand geliefert werden.
Erfolgreiche Fälle
1. SLM-Metall-3D-gedruckte konforme Kühlspritzgussform:
Eine integrierte Form mit eingebauten unregelmäßig geformten Kühlkanälen, die eine Demontage, Bohren und Nuten überflüssig macht. Er kann als konformer Kühlkanal gestaltet werden, der sich perfekt an die Konturen des Produkthohlraums anpasst. Dies ist ein zentraler struktureller Vorteil des 3D-Drucks, da herkömmliche Bohrungen solche unregelmäßig geformten, umgebenden Rohre nicht erreichen können. Die Wasserkanäle schließen bündig mit der Produktoberfläche ab, wodurch Kühltotzonen vermieden werden, die Einspritzkühlzeit um 30 bis 55 % verkürzt und die Produktionseffizienz um über 35 % gesteigert wird. Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung in der gesamten Form werden Spritzgussfehler wie Verzug, Schrumpfungsspuren, Blasen und Risse effektiv behoben und die Ausbeute erheblich verbessert. Die gleichmäßige Wärmeableitung reduziert den Ermüdungsverschleiß durch wechselnde heiße und kalte Temperaturen und erhöht die Lebensdauer der Form um 30 bis 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Wasserkanälen mit geraden Löchern.
Diese Art von Produkten wird häufig in Spritzgussformen für Gerätegehäuse, Automobil-Kunststoffteile, Präzisionselektronik-Kunststoffteile und unregelmäßig geformte Teile für den täglichen Bedarf verwendet, insbesondere für dünnwandige und unregelmäßig gebogene Produkte mit tiefen Hohlräumen, die schwer zu kühlen sind.
2. Leichtbauweise:
Für einen Kunden haben wir ein einteiliges Bauteil gedruckt, das über eine doppelschichtige, dünnwandige Metallhaut und einen inneren dreidimensionalen kubischen Gitterkern mit fester Mitte verfügt. Der Gitterstabdurchmesser beträgt nur 0,5mm. Es wird in einem Stück aus SLM (Silicon-Modulated Laminate) ohne Klebstoff oder geschweißte Zwischenschichten geformt. Dadurch wird das Gewicht bei gleichbleibender Biegesteifigkeit um 30 bis 50 % reduziert. Darüber hinaus vereint es mehrere Funktionen wie Tragfähigkeit, geringes Gewicht, Wärmeableitung und Energieabsorption.
Angebotene Dienstleistungen
Wir sind ein professioneller Komplettanbieter für den SLM-3D-Metalldruck, der Modelldesign und -verarbeitung, Metallumformung, Wärmebehandlung, Präzisionsbearbeitung und zerstörungsfreie/mechanische/dimensionale Prüfung integriert. Wir können Gitterhäute, konforme Kühlkanäle und komplexe Präzisionsmetallteile für die Luft- und Raumfahrt individuell anpassen, indem wir die fertigen Produkte im eigenen Haus produzieren und liefern.
1. Additive Formverarbeitungsdienstleistungen
Mithilfe der Selective Laser Melting (SLM)-Technologie können wir Metallpulver wie Ti6Al4V, AlSi10Mg, 316L, 18Ni martensitischer Stahl, GH-Hochtemperaturlegierungen und Kupfer-Chrom-Zirkonium verarbeiten. Wir können Gitter-Sandwichhäute, eingebaute konforme Kühlkanäle, integrierte hydraulische Ventilkörper, topologische Leichtbaustrukturen, Hochtemperatur-Wärmeaustauschkomponenten und poröse medizinische Implantate integral formen – Teile, die mit herkömmlichen Verfahren nur schwer herzustellen sind. Wir unterstützen einteilige F&E-Prototypen und die Produktion von Funktionsteilen in kleinen bis mittleren Serien.
2. Nachbearbeitungsdienste
Mithilfe unserer eigenen Wärmebehandlungsausrüstung führen wir Spannungsabbau- und Lösungsalterungsbehandlungen durch, um verbleibende Druckspannungen zu beseitigen. Wir trennen den Untergrund und entfernen die Stützen durch Drahtschneiden. Anschließend erfolgt die CNC-Bearbeitung zur Endbearbeitung von Montagereferenzen, Gewinden und Passflächen, ergänzt durch Sandstrahlen und Schleifen, um den Montageanforderungen gerecht zu werden.
3. Inspektion und Qualitätskontrolle des fertigen Produkts
Ausgestattet mit industriellen Röntgengeräten zur Fehlererkennung, universellen Zugprüfmaschinen und Koordinatenmessgeräten können wir zerstörungsfreie Prüfungen interner Fehler, Prüfungen mechanischer Eigenschaften und eine vollständige Prüfung der geometrischen Abmessungen und Toleranzen von Bauteilen durchführen. Es werden vollständige Prüfprotokolle geführt, um sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit der Komponenten den Nutzungsstandards entsprechen.
4. Technische Supportleistungen
Wir bieten technischen Support, einschließlich 3D-Modelldesign, Druckprozessplanung, Prozessoptimierung und iterativer Testproduktion in kleinen Chargen. Dies ermöglicht eine Komplettlieferung vom Entwurf bis zum qualifizierten Endprodukt, wodurch Outsourcing reduziert und der Produktionszyklus verkürzt wird.
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Wir unterstützen Sie bei Ihrem Projekt von der Materialauswahl bis zur Fertigung.
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