Kas metallist 3D-printimise vormide kõvadus vastab suure-tugeva tootmise nõuetele?

1. Õige materjali valimine: põhjatugi, mis on valmistatud suure sitkusega metallipulbrist
Materjal ise määrab, kui kõva metallist 3D-printimisvormid on. Tööriistateras, roostevaba teras, kõvasulamid ja erisulamid on praegu 3D-printimise vormide jaoks kõige levinumad materjalid. Nende kõvadusvahemik on HRC 20 kuni 70, mis tähendab, et neid saab kasutada erinevates olukordades.
Tööriistaterase, nagu H13 ja A2, kõvadus on pärast kuumtöötlust HRC 40–60. See on vastupidav ja kulumiskindel, mistõttu sobib hästi suure-pingega olukordades, nagu survevaluvormid- ja kuumsepistamisvormid. Näiteks autoosi tootev ettevõte kasutab 3D-prinditud H13 terasvorme, mis on pärast kuumtöötlemist kõvad HRC 52. Need vormid töötavad sama hästi kui traditsioonilised sepistamisvormid ja kestavad kolm korda kauem.
316L roostevaba terase kõvadus on umbes HRC 20–30, kuid printimisseadeid ja järeltöötlust -kohandades saab selle kõvadust tõsta üle HRC 40, kuid see on siiski väga korrosioonikindel. See muudab selle sobivaks piirkondades, kus hügieen on väga oluline, näiteks toidupakendid ja meditsiiniseadmed.
Kõvasulam: WC Co (volframkarbiidkoobalt) on tüüpiline materjal ekstreemsete kulumisolukordade jaoks, nagu stantsimis- ja tõmbestantsid. Selle kõvadus on kuni HRC 55–70 ja see on üle 10 korra kulumiskindlam kui tööriistateras. Teatud elektriosi tootev ettevõte kasutab 3D-prinditud tugevasulamist vorme, et kahekordistada stantsimissagedust 500 000-lt 2 miljonile korrale.
3D printing can make fine-grained structures in special alloys like Inconel 718 nickel-based alloy. These structures are 20% harder than those made by traditional casting. They also stay strong at high temperatures (strength retention rate>90% 650 kraadi juures), mistõttu kasutatakse neid palju lennukimootorite turbiiniketaste vormides.
2. Protsessi optimeerimine: täpne juhtimine "printimisest" kuni "vormimiseni"
Metalli kõvadus 3D-printimisel pole oluline mitte ainult materjal, vaid ka protsessi parameetrite täpne juhtimine. Näiteks selektiivne lasersulatustehnoloogia (SLM) suurendab kõvadust, optimeerides järgmisi olulisi parameetreid:
Control of energy density: The quality of the molten pool is directly affected by the strength of the laser, the speed of the scan, and the size of the spot. When the energy density is low, the material may become more porous (15% less hard when>1%) ja kui see on kõrge, võib see praguneda. Uuring näitab, et 316L roostevaba terase printimisel laservõimsusega 150W ja skaneerimiskiirusega 800mm/s jääb poorsus alla 0,3% ja kõvadus ulatub HRC 38-ni, mis on peaaegu sama kui sepistel.
Kihtidevaheline sidumistugevus: Tugeva metallurgilise sideme kihtide vahel saab luua, muutes skaneerimisprotseduure (nagu malelaua skaneerimine ja saareskaneerimine) ja kihi paksust (20–50 μm). Näiteks prindib teatud lennundusettevõte Ti6Al4V turbiini labade vorme, mille kihi paksus on 30 μm ja kihtidevahelise sideme tugevus 450 MPa, mis on 20% tugevam kui varasemad meetodid.
Setting the cooling rate: Rapid cooling (>10 ^ 4 kraadi /s) võib luua peene-teralise struktuuri (nagu martensiit), mis muudab materjali palju kõvemaks. Hongkongi linnaülikooli meeskond printis L-PBF-tehnoloogia abil Al Mg Mn Sc Zr sulami. Nad kasutasid nano kaksiktugevdusmehhanismi, et tõsta voolavuspiiri 656 MPa-ni, hoides elastsust 12%.
3. Järel-töötlustehnoloogia: viimane samm kõvaduse parandamiseks
3D-printimine pole veel lõpp; järeltöötlustehnoloogia on vormide kõvendamiseks kõige olulisem osa.
Kuumtöötlus: võre struktuuri muutmine lõõmutamise, karastamise või vanandamise teel. Näiteks pärast 480-kraadist vanandamist muutus 3D-prinditud 18Ni300 martensiitsest vananemisest valmistatud terasvormi kõvadus HRC 38-lt HRC 52-le. See vabastas jääkpingest ja muutis selle purunemise tõenäosuse väiksemaks.
Pinna kõvemaks muutmiseks võite kasutada haavli, nitriidi või laserkatet. Teatud survevaluvormide valmistaja kasutas 3D-printimiseks H13 terasvormide haavleid. See muutis pinna kõvemaks (HRC 50 kuni HRC 58) ja muutis need 40% kulumiskindlamaks.
Kuum isostaatiline pressimine (HIP): kõrge rõhu (100–200 MPa) ja kõrge temperatuuri (900–1200 kraadi) kasutamine sisepooride eemaldamiseks ja materjali tiheduse saavutamiseks 100% lähedal. HIP-ga töödeldud Inconel 718 vorm on 30% kõvem ja kestab viis korda kauem kui töötlemata vorm.
4. Tööstuskasutus: katsetamine laborist tootmisliinini
Metallist 3D-printimisvormide kõvaduse eelised on leidnud kinnitust mitmes valdkonnas:
GE Aviation kasutab 3D-prinditud Inconel 718 kütusedüüsi vorme, mille kõvadus on HRC 45. Need vormid on 15% kergemad kui tavalised valandid ning taluvad kõrget temperatuuri ja rõhku.
Autode valmistamine: BMW Group toodab alumiiniumsulamist mootorisilindrite plokke, kasutades terasvorme ja 3D-printimise tööriistu. Vormi kõvadus on HRC 50 ja see kestab üle 100 000 korra, mis vähendab iga tüki maksumust 40%.
Johnson & Johnson kasutab 3D--prinditud koobaltkroomi sulamist ortopeedilisi implantaadivorme, mis on kõvad HRC 60 ja Ra<0.2 μ m rough on the surface. These moulds meet both biocompatibility and wear resistance standards.