无论是台灯、广告显示屏还是路灯:作为灯泡的接替品,发光二极管(LED)已经成为了生活必不可少的一部分,拥有光明的前景。2011年,欧洲市场LED灯具的销售额达到了10亿欧元,预计这一数字将在2020年攀升至140亿欧元。

这一爆炸性的增长激励了科锐公司——这一来自北卡罗来纳州的LED先锋;早在1989年,科锐公司就将蓝色发光二极管推向市场,至今,它已为科锐公司带来了超过16亿美元的收益。科锐公司毫不松懈,继续研发以更进一步优化LED技术。该项技术不仅适用于二极管本身,也适用于高性能LED电路板背面的沟槽式散热器,您可以在现代路灯上找到它的身影。 散热器由铝或铜之类的导热材料制成,这些材料将二极管的工作热量散发到周围的空气中,从而确保了较低的工作温度和更长的灯泡工作寿命。

熔模铸模:传统模具结构限制了设计的自由度

如何设计散热器使之轻巧、高效又能视觉上引人注目? 研发部门正在使用来自阿里斯托熔模铸造厂生产的原型进行测试,后者是一家屡获殊荣的熔模铸造厂,来自美国密歇根州阿尔蒙特市。问题是:随着几何图形越来越复杂,生产用于熔模铸造的模具变得越来越昂贵。模具的蜡模制造常常需要花费数小时的手工以及使用昂贵的注射成型工具和蜡压机。在过去,科锐在数周之后才得到第一部分组件的情况并不多见。此外,由于传统的模具结构限制了设计的自由度,因此并非所有的几何形状都可以实现。

阿里斯托熔模铸造厂不想再因这些限制而给客户造成不便,因此他们购入了新设备:来自维捷的VX1000。这是一台3.5吨的3D打印机,安装空间1,000 x 600 x 500毫米,有效构建容量300升。

由于添加过程仅需CAD数据,因此无需工具即可以数字方式生成创新冷却元件的复杂模型。 随后,由阿里斯托熔模铸造厂直接PMMA打印的CAD数据用于铸造零件,这极大地优化了科锐的研发,并使以前难以实现的新设计成为可能。

通过3D打印制造的散热器的特殊优势在于对冷却元件的高效设计,该设计通常涉及复杂的几何形状,以便尽可能地冷却LED。冷却元件越复杂,LED越耐用且效率更高-这是3D打印的理想条件。

几乎任何模型都可使用维捷3D打印系统在几小时内完成

使用来自维捷的VX1000打印系统可以在几个小时内制造出模具。阿里斯托熔模铸造厂只需将用于数字化构建原型的CAD文件输入维捷的3D打印系统即可。几步后,便可开始打印直观模型。

在3D打印系统中,由一个所谓的铺粉器将150微米厚的塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层铺在建筑平台上。 下一步,打印头将粘合剂涂在应该建立原型的部分。100%未打印的粉末可以回收再利用。随后,将建筑平台降低一层厚度,然后重复该过程。 垂直构建分层的进度约为每小时18毫米。 听起来不紧不慢,但比经典的模具构建要快得多,在使用经典的构建方法时,复杂的几何形状通常要花费数周的时间。

当打印完成后,阿里斯托熔模铸造厂用蜡覆盖直观模型,以密封表面。模型随后被涂上几层陶瓷。然后使用高压釜燃毁PMMA模型。在700°C的温度下,PMMA全部燃烧殆尽,剩下的就是用于精密铸造的型壳。

打印一个43 x 43 x 11厘米重1900克的模型只需要6个小时左右。科锐公司利用这些时间优势来更有效地制造冷却元件的原型。通过零件在工作盒中的套料和堆叠可以同时生产多个模型。因此,一个工作箱24小时内可以产出8个模型。

对于这种尺寸的模具,传统的生产工艺需要数周的时间。对于这一组件,粘合剂喷射成形技术给了我们在最短的时间内完成模型的可能性,同时帮助我们节省了大量成本。

Paul Leonard, 副总裁阿里斯托熔模铸造厂的

另一个时间优势在于节省陶瓷层。通过PMMA粉体的负热膨胀系数,模型在陶瓷外壳燃烧时会发生坍塌。因此可以使用较少的陶瓷层来构建模型,从而节省材料和时间。

得益于VX1000的600 dpi分辨率,阿里斯托熔模铸造厂能够打印出细丝状几何图形。因此,科锐公司的设备容易就能建造2.5毫米的壁厚。甚至从铸件中自由地凸出咬边和设计元素都成为了可能。科锐公司设计人员的目标是尽可能多地消除限制。来自各个行业的设计师都可以从3D打印技术中获益。例如,他们可以对发动机零件和轻型门的几何结构进行新一轮的研发。使用这些现代的粘合制造技术,在订单下达后仅需17天,科锐就可以完成五个成品铸件原型的制作。如果用传统的方式研发这一项目计划,仅仅第一个原型就需要长达6周的时间才能完成。

批量越小,成本效益越高

至于其他使用粘合剂的生产方法,如直接金属打印或蜡模,维捷的粘合剂喷射成形技术流程既带来了规模效益,也具有成本优势。

在传统模具制造中,我们只能使用一片式的冷却元件,由于尺寸和巨大的成本,直接使用金属打印是不合适的。

Paul Leonard, 副总裁阿里斯托熔模铸造厂的

维捷美国公司董事总经理David Tait解释道,“批量越小,维捷技术的成本优势就越大。特别是对于复杂的几何结构,即使批量大小为几百个,3D打印仍然是最经济的选择。当然,它还不能取代传统方式对批量的模具进行制造。”

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