Kako izbrati primerne materiale za 3D tiskanje kovin za izdelavo kalupov?

1. Izbira materiala, določena s scenariji uporabe: različne potrebe za brizganje in tlačno litje
Glavni dejavniki, ki določajo material za uporabo, so vrsta kalupa in način njegove uporabe. različni procesi imajo precej različne potrebe glede lastnosti materiala:
Kalup za brizganje mora vzdržati visoko temperaturo in pritisk staljene plastike. Material mora biti sposoben dobro prevajati toploto, biti odporen proti koroziji in vzdržati toplotno utrujenost. Na primer, kalup za notranjost avtomobila uporablja prah iz nerjavečega jekla 316L, konstrukcija konformnega kanala za hladilno vodo pa skrajša cikel brizganja s 120 sekund na 75 sekund, s čimer se stopnja izkoristka dvigne na 98 %. Jekleni prah za kalupe XM-7, ki ima toplotno prevodnost 30 W/(m · K), lahko pospeši ohlajanje izdelkov in spodbuja proces kemične korozije. To izpolnjuje potrebe po fini obdelavi plitvih vzorcev (globina<0.12mm).
Kalup za tlačno litje: vzdržati mora-visokotemperaturno kovinsko tekočo erozijo in cikle toplotne obremenitve. Material mora biti tudi zelo trpežen, odporen-na obrabo in odporen na razpoke zaradi vročine. Zaradi trdote toplotne obdelave 50–52HRC je prah martenzitno staranega jekla 1.2709 (18Ni300) postal najboljša izbira za kalupe-za tlačno litje iz aluminijevih zlitin. Uporaba tega materiala v-kalupu za tlačno litje valja določenega avtomobilskega motorja je podaljšala življenjsko dobo kalupa z 20.000 uporab na 60.000 uporab in znižala ceno na kos za 40 %.
Kalup za gumijaste pnevmatike: Bloki vzorca morajo biti zelo natančni in odporni proti obrabi ter morajo upravljati toplotno deformacijo, da izdelek ne utripa. Tehnologija SLM, ki se uporablja za tiskanje kalupa za prah iz nerjavečega jekla CX (Corrax), mu omogoča poliranje do stopnje A2. Teža kalupa je zmanjšana za 30 % zahvaljujoč optimiziranemu rešetkastemu podpornemu sistemu, natančnost replikacije vzorca pa je povečana na 0,01 mm.
2. Ujemanje z lastnostmi materiala: štiri glavne indikacije določajo meje učinkovitosti.
Pri ocenjevanju delovanja materialov za kalupe je treba upoštevati štiri vidike: mehanske lastnosti, toplotne lastnosti, odpornost proti koroziji in prilagodljivost procesa.
Mehanske lastnosti: Sposobnost kalupa, da zadrži težo, temelji na njegovi natezni trdnosti, meji tečenja in raztezku ob pretrganju. Prah 1.2709 ima na primer natezno trdnost 2000 MPa, zaradi česar je primeren za -primere tlačnega litja z veliko obremenitvijo. 316L prah ima raztezek pri lomu 45 %, zaradi česar je boljši za tankostenske-brizgalne kalupe, ki morajo biti močni.
Kako dobro deluje v vročini: Na učinkovitost hlajenja in dimenzijsko stabilnost vplivata toplotna prevodnost in koeficient toplotnega raztezanja. XM-7 kalupno jeklo ima toplotno prevodnost, ki je 100 % višja od 316L. To lahko močno skrajša cikel brizganja. Zlitina Invar 36 (s koeficientom toplotnega raztezanja 1,2 × 10⁻⁶/ stopinjo) se uporablja za optične kalupe, da ne izgubijo natančnosti zaradi toplotne deformacije.
Odpornost proti koroziji: Če želite zaščititi pred jedko plastiko, kot sta PVC in PA, izberite nerjavno jeklo z visoko koncentracijo kroma. 316L prah ima 17 % kroma, ki pomaga ohranjati gladke površine v vlažnih razmerah in zmanjša potrebo po vzdrževanju.
Prilagodljivost postopka: Na kakovost tiska vplivajo sipkost prahu, vsebnost kisika in sferičnost. Na primer, praški s porazdelitvijo velikosti delcev 15–53 μm lahko odpravijo napake v vmesnem sloju, ki nastanejo, ko se prah neenakomerno porazdeli. Udarna žilavost prahu 316L z vsebnostjo kisika manj kot 100 PPM je za 44 % višja kot pri običajnih materialih, kar močno podaljša življenjsko dobo kalupa.
3. Prilagodljivost procesa: sodelovanje pri izboljšanju opreme in naknadne-obdelave
Izbira materialov mora biti natančno usklajena s postopkom tiska in potekom naknadne-obdelave:
Združljivost opreme: Različne tehnologije kovinskega 3D tiskanja potrebujejo različne materiale. Postopek SLM dobro deluje z materiali, ki imajo visoko tališče, kot so titanove zlitine in 1.2709. Pristop z brizganjem veziva deluje bolje pri poceni pra{-na osnovi železa. Določeno podjetje je na primer izdelalo prah iz aluminijeve zlitine ZY6061, ki ga je mogoče stabilno tiskati na opremi EOS M290 z izboljšano porazdelitvijo velikosti delcev in pretočnosti. To rešuje problem pokanja v običajnih aluminijevih zlitinah serije 6.
Kako toplotno obdelati: Tiskovine je treba segreti, da se znebite preostale napetosti in izboljšate njihovo mikrostrukturo. Trdota prahu iz nerjavečega jekla 17-4PH lahko po staranju pri 480 stopinjah doseže 42HRC, s čimer se tudi znebijo tiskarskih razpok. Udarno žilavost kalupnega jekla XM-7 je mogoče povečati na 20J/cm² s postopkom stopnjevanega kaljenja, medtem ko njegova trdota ostane pri 30HRC.
Površinska obdelava: Glede na to, čemu je kalup namenjen, lahko izberete galvansko obdelavo, peskanje ali kemično poliranje. Na primer, kalupi za čevlje morajo uporabiti nano galvanizacijo, da dobijo zrcalni učinek, kalupi-za tlačno litje pa morajo uporabiti peskanje, da postane površina bolj hrapava in jo je lažje odstraniti.
4. Ekonomska analiza: nadzor nad stroški v celotnem življenjskem ciklu
Pri izbiri materiala je treba najti kompromis med zmogljivostjo in stroški, vrednotenje celotnega življenjskega cikla pa je treba uporabiti za znižanje stroškov in povečanje učinkovitosti:
Stroški materiala: Med vrhunskimi materiali- je velika razlika v ceni. Cena na enoto prahu 1.2709 je približno 800 juanov/kg, kar je trikrat več od cene 316L (260 juanov/kg). Vendar lahko traja trikrat dlje kot običajno jeklo H13 in je na splošno cenejše. Postopek »cepljenja podlage« je mogoče uporabiti za tiskanje visoko{9}}zmogljivih materialov na tradicionalne kalupne jeklene podlage za proizvodnjo v-majhnem obsegu. To zmanjša količino porabljenega materiala.
Kako dobro deluje proizvodnja: Materiali z visoko toplotno prevodnostjo lahko pospešijo cikle brizganja in bolje izkoristijo opremo. Uporaba prahu XM-7 v določenem medicinskem kalupu z več votlinami je skrajšala čas, potreben za izdelavo ene komponente, s 45 sekund na 30 sekund. Vrednost plesni se je povečala za več kot 2 milijona juanov na leto.
Stroški vzdrževanja: zaradi materialov, ki ne korodirajo, jih boste morali redkeje čistiti. 316L kalupi lahko ohranijo svoje ravne površine tudi v vlažnih razmerah, kar zniža stroške vzdrževanja za 60 % v primerjavi z običajnim jeklom P20.