Ali je mogoče za popravilo kalupov uporabiti različne materiale za tiskanje kovin?

1. Prilagoditev učinkovitosti materiala: od popravila ene stvari do izboljšanja njenega delovanja
Glavne stvari, ki jih je treba narediti za popravilo kalupa, so, da ga znova naredimo geometrijsko pravilnega, da postane bolj odporen proti obrabi, koroziji in življenjski dobi zaradi toplotne utrujenosti. Različne kovinske tiskarske materiale je mogoče prilagoditi za različne funkcije popravljanja s spreminjanjem njihove sestave in izboljšanjem postopka tiskanja.
Serija iz nerjavečega jekla: cenovno ugodna možnost za vsa popravila
Nerjaveče jeklo 316L je eden najbolj priljubljenih materialov za popravilo kalupov, saj je robustno in odporno proti rji. Ima veliko tiskalno okno, zlahka se odzove na lasersko energijo, tkivo, ki ga tiska, pa je debelo. Dobro se obnese za pritrjevanje kalupov, ki morajo biti zelo čisti, vključno s tistimi, ki se uporabljajo za pakiranje hrane in izdelavo školjk za gospodinjske aparate. Na primer, podjetje, ki izdeluje gospodinjske aparate, je uporabilo 3D-tiskanje iz nerjavečega jekla 316L za popravilo ločevalne površine kalupov za brizganje. Popravilna plast in podlaga sta imela trdnost metalurškega spoja 450 MPa, odpornost proti koroziji s kloridnimi ioni pa je bila trikrat boljša kot pri standardni galvanizaciji. Čas, potreben za popravljanje stvari, je bil skrajšan s 7 dni na 48 ur.
17-4PH martenzitno precipitacijsko utrjeno jeklo je obdelano, da se postara, zaradi česar se izločajo ojačitvene faze. Ima trdoto HRC45-55 in je primeren za popravilo robov visokoobremenjenih matric za vtiskovanje. To snov je uporabil določen proizvajalec avtomobilskih delov za pritrditev progresivnih konveksnih kalupov, zaradi česar so zdržali 200.000-krat dlje in znižali stroške pritrjevanja posameznega kosa za 60 %.
Serija orodnega jekla: velik korak naprej pri zmogljivosti v vročih okoljih
Ker lahko prenese toplotno utrujenost in se utrdi, se jeklo H13 za vroče obdelavo pogosto uporablja za pritrjevanje kalupov-za tlačno litje. Pri tradicionalnih popravilih je treba jeklo H13 nadzorovati velikost zrn s kovanjem in toplotno obdelavo. Po drugi strani pa lahko pri 3D-tiskanju tehnologija usmerjenega nanašanja energije (DED) neposredno ustvari drobnozrnate strukture (ASTM stopnje 8-10). 3D-tiskanje iz jekla H13 je bilo uporabljeno za pritrditev jedra kalupa za tlačno litje za blok motorja. Življenjska doba popravilnega sloja je bila 12.000-krat daljša kot pri običajnem varjenju. Ne potrebuje dodatne toplotne obdelave, kar prepolovi čas dostave.
Orodno jeklo D2 ima visoko vsebnost ogljika in kroma (C 1,5 %, Cr 12 %) in trdoto po Rockwellu HRC60 ali več. Dober je za pritrditev rezalnega roba matric za hladno žigosanje. En proizvajalec elektronskih konektorjev je uporabil 3D-tiskanje jekla D2 za pritrditev natančnih matric. Po popravilu se je višina rezila zmanjšala z 0,05 mm na 0,01 mm, stopnja certificiranja izdelkov pa se je povečala z 92 % na 98 %.
Visokotemperaturne-serije zlitin: garancija učinkovitosti tudi v najslabših delovnih okoliščinah
Visokotemperaturne-zlitine na osnovi niklja, kot je Inconel 718, ostanejo močne pri 650 stopinjah in se lahko uporabljajo za pritrditev kalupov za lopatice letalskih motorjev in visokotemperaturno kovanje-. Inconel 718 bo verjetno odpovedal med tradicionalnimi popravili zaradi termičnih razpok. Vendar pa lahko 3D-tiskanje ustavi nastajanje stebričastih kristalov in ohrani stopnjo razpok pod 0,1 % s spremembo taktike skeniranja (takšna rotacija vmesnega sloja za 67 stopinj) in energijske gostote (80-100J/mm³). Letalski proizvajalec je uporabil Inconel 718 za pritrditev kalupov za kovanje turbinskih diskov. Po 620 stopinjah/10000 toplotnih ciklih popravilni sloj ni počil, življenjska doba kalupa pa je bila podaljšana na trikratno življenjsko dobo prvotnega kalupa.
Serija bakrovih zlitin: možnost po meri za hitro odvajanje toplote
Bakrove zlitine, kot je CuCrZr, so odlične za pritrjevanje hladilnih sistemov kalupov, saj lahko zelo dobro prevajajo toploto s toplotno prevodnostjo 200–300 W/(m·K). Zaradi strukturnih omejitev se bo kanal hladilne vode pri tradicionalnih postopkih vrtanja verjetno neenakomerno ohladil. S 3D tiskanjem lahko takoj naredite konformen hladilni kanal. Kalup za odbijač avtomobila je bil pritrjen s 3D-tiskanjem iz zlitine CuCrZr. To je izboljšalo delovanje krogotoka hladilne vode za 40 %, skrajšalo čas izdelave enega kosa z 18 sekund na 12 sekund in zmanjšalo porabo energije za 22 %.
2. Prilagodljivost procesa: od posameznega popravila do sestavljene proizvodnje
Glavna prednost kovinskih kalupov za popravilo 3D-tiskanja je, da so dovolj prilagodljivi, da omogočajo natančen nadzor uspešnosti popravil s skupnim oblikovanjem materialov, tehnik in struktur.
Lasersko selektivno taljenje (SLM): standardna tehnologija za popravilo z visoko natančnostjo
Tehnologija SLM uporablja laserske točke, široke od 25 do 50 μm, za popravljanje stvari z zelo majhnimi napakami, vključno z natančnimi kalupi. Pri popravilu polprevodniškega pakirnega kalupa je bila uporabljena tehnologija SLM za tiskanje 0,05 mm debelega sloja za popravilo iz jekla 17-4PH z dimenzijsko natančnostjo ± 0,02 mm in površinsko hrapavostjo Ra manjšo ali enako 0,8 μm. Ko je kalup pritrjen, gre lahko neposredno v proizvodnjo, ne da bi ga bilo treba ponovno polirati.
Taljenje z elektronskim žarkom (EBM): Nov način za hitro in enostavno pritrjevanje visoko{0}}temperaturnih zlitin
Tehnika EBM uporablja elektronske žarke kot vir toplote za hitro izdelavo prototipov materialov, kot sta baker in titan, ki dobro odbijajo svetlobo v vakuumu. Za pritrditev kalupa za zgorevalno komoro raketnega motorja je bila uporabljena tehnologija EBM za tiskanje hladilnih kanalov iz zlitine CuCrZr. To je bilo narejeno s hitrostjo 200 cm³/h, kar je petkrat hitreje od tehnologije SLM. Reparaturna plast je imela gostoto 99,9 % in toplotno prevodnost, ki je bila podobna kot pri odkovkih.
Usmerjeno nanašanje energije (DED): Hitra rešitev za velike kalupe
Tehnologija DED omogoča hitro popravilo velikih kalupov s hkratnim dovajanjem prahu. Dobro se obnese za pritrjevanje ogromne opreme, kot so-kalupi za tlačno litje in kovanje. Tehnologija DED je bila uporabljena za tiskanje popravilne plasti iz jekla H13 na površini 0,5 m² na kovnem kalupu za ležaj vetrne turbine. Čas, ki je bil potreben za odpravo težave, se je skrajšal s 15 dni na 72 ur, trdnost spoja med plastjo za popravilo in podlago pa je dosegla 500 MPa, kar je potrebno za nastavitve visoko-tlačnega kovanja.
3. Uporaba v poslu: Od popravljanja stvari na območju do upravljanja celotnega življenjskega cikla
Tehnologija popravljanja kovinskega 3D-tiskanja se je razvila iz popravila enega samega kalupa v upravljanje življenjskega cikla kalupa in ustvarila zaprt{1}}sistem zanke »preventivnega popravila, funkcionalne nadgradnje ponovne proizvodnje«:
Preventivno popravilo: vzdrževanje, ki temelji na podatkih in je opravljeno pred časom
Popravilo s 3D-tiskanjem je mogoče opraviti pred časom, tako da v kalup vstavite senzorje, ki v realnem času spremljajo stvari, kot sta temperatura in napetost, in z uporabo tehnologije digitalnih dvojčkov, da ugibate, kje bo kalup odpovedal. Določeno podjetje, ki izdeluje avtomobilske dele, je temperaturne senzorje-vgradilo v kalupe za tlačno litje. Ko temperatura jedra preseže kritično raven, se postopek popravila 3D-tiskanja zlitine CuCrZr zažene sam. Zaradi tega kalup zdrži 500.000-krat dlje, kot bi sicer.
Funkcionalna nadgradnja: Razmišljanje o popravilu kot o načinu izboljšanja stvari
Med postopkom popravila uporabljamo nove strukture, kot sta konformno hlajenje in lahka rešetka, da omogočimo boljše delovanje kalupa. Pri popravilu brizgalnega kalupa za pokrov mobilnega telefona je bilo 3D-tiskanje uporabljeno za dodajanje hladilnih kanalov, ki so bili optimizirani za topologijo v jedro kalupa. To je zmanjšalo popačenje izdelka z 0,8 mm na 0,2 mm. Rešetkasta struktura je bila uporabljena tudi za zmanjšanje teže kalupa za 30 % in njegovo energijsko izrabo za 15 %.
Obnova: vredno obnove v krožnem gospodarstvu
Uporaba tehnologije 3D tiskanja za predelavo pokvarjenih kalupov lahko zniža stroške popravil na 40 % stroškov novih kalupov. V procesu predelave kalupa za lopatico letalskega motorja je bila obrabljena votlina fiksirana s 3D tiskanjem zlitine Inconel 718. Po popravilu je kalup deloval 90 % tako dobro kot nov, čas, ki je bil potreben za popravilo, pa je trajal od 3 mesecev do 3 tednov, kar je prihranilo veliko denarja pri proizvodnji.