Jak vybrat vhodné kovové 3D tiskové materiály pro výrobu forem?

1. Výběr materiálu určený scénářem použití: různé potřeby pro vstřikování a tlakové lití
Hlavními faktory, které určují použitý materiál, jsou typ formy a způsob jejího použití. Různorodé procesy mají zcela odlišné požadavky na vlastnosti materiálu:
Vstřikovací forma musí být schopna zvládnout vysokou teplotu a tlak roztaveného plastu. Materiál by měl být schopen dobře vést teplo, odolávat korozi a odolávat tepelné únavě. Například vnitřní forma automobilu používá prášek z nerezové oceli 316L a konstrukce konformního kanálu chladicí vody zkracuje cyklus vstřikování ze 120 sekund na 75 sekund, čímž se zvyšuje výtěžnost na 98 %. Prášek z lisovací oceli XM-7, který má tepelnou vodivost 30 W/(m · K), může urychlit chlazení produktů a podporovat proces chemického korozního kousání. To splňuje potřeby jemného zpracování mělkých vzorů (hloubka<0.12mm).
Forma na tlakové lití: Musí být schopna zvládnout erozivní erozi kovu při vysoké teplotě a cykly tepelného namáhání-. Materiál musí být také velmi odolný, odolný proti opotřebení-a odolný proti praskání teplem. Díky tvrdosti 50–52HRC při tepelném zpracování se prášek martenzitické oceli 1,2709 (18Ni300) stal nejlepší volbou pro formy na tlakové lití z hliníkové slitiny-. Použití tohoto materiálu v-licí formě určitého válce motoru automobilu prodloužilo životnost formy z 20 000 použití na 60 000 použití a snížilo náklady na kus o 40 %.
Forma na gumové pneumatiky: Bloky vzorku musí být velmi přesné a odolné vůči opotřebení a musí zvládat tepelnou deformaci, aby produkt neblikal. Technologie SLM použitá k tisku práškové formy CX (Corrax) z nerezové oceli jí dává schopnost leštění až do úrovně A2. Hmotnost formy je snížena o 30 % díky optimalizovanému systému podpory mřížky a přesnost replikace vzoru je zvýšena na 0,01 mm.
2. Shoda s vlastnostmi materiálu: Čtyři hlavní indikace stanovují limity pro výkon.
Při hodnocení vlastností materiálů forem je třeba vzít v úvahu čtyři aspekty: mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti, odolnost proti korozi a přizpůsobivost procesu.
Vlastnosti mechaniky: Schopnost formy udržet hmotnost je založena na její pevnosti v tahu, meze kluzu a prodloužení při přetržení. Například prášek 1.2709 má pevnost v tahu 2000 MPa, díky čemuž je vhodný pro tlakové-licí situace s velkým namáháním. 316Prášek L má lomové prodloužení 45 %, což je lepší pro tenkostěnné vstřikovací formy, které musí být pevné.
Jak dobře funguje v horku: Účinnost chlazení a rozměrová stabilita jsou ovlivněny tepelnou vodivostí a koeficientem tepelné roztažnosti. Formovací ocel XM-7 má tepelnou vodivost, která je o 100 % vyšší než 316L. To může značně zkrátit cyklus vstřikování. Slitina Invar 36 (s koeficientem tepelné roztažnosti 1,2 × 10⁻⁶/stupeň) se používá pro optické formy, aby neztrácely přesnost v důsledku tepelné deformace.
Odolnost proti korozi: Pokud chcete chránit před korozivními plasty, jako je PVC a PA, vyberte nerezovou ocel s vysokou koncentrací chromu. 316Prášek L obsahuje 17 % chromu, což pomáhá udržovat povrchy hladké ve vlhkých podmínkách a snižuje potřebu údržby.
Adaptabilita procesu: Kvalita tisku je ovlivněna tekutostí prášku, obsahem kyslíku a kulovitostí. Například prášky s distribucí velikosti částic 15–53 μm mohou eliminovat vady mezivrstvy, ke kterým dochází, když se prášek rozprostírá nerovnoměrně. Rázová houževnatost prášku 316L s obsahem kyslíku nižším než 100PPM je o 44 % vyšší než u běžných materiálů, což výrazně prodlužuje životnost formy.
3. Adaptabilita procesu: spolupráce na zlepšení vybavení a následného-zpracování
Výběr materiálů musí být pečlivě koordinován s tiskovým procesem a tokem následného-zpracování:
Kompatibilita zařízení: Různé technologie kovového 3D tisku vyžadují různé materiály. Proces SLM funguje dobře s materiály, které mají vysokou teplotu tání, jako jsou slitiny titanu a 1,2709. Metoda otryskávání pojivem funguje lépe s levnými prášky-na bázi železa. Jistá společnost například vyrobila prášek z hliníkové slitiny ZY6061, který lze stabilně tisknout na zařízení EOS M290 zlepšením distribuce velikosti částic a tekutosti. To řeší problém praskání v běžných hliníkových slitinách řady 6.
Jak tepelně zpracovat: Pro zbavení se zbytkového napětí a zlepšení jejich mikrostruktury je potřeba potištěné materiály zahřát. Tvrdost prášku z nerezové oceli 17-4PH může po stárnutí při 480 stupních dosáhnout 42 HRC, což také zbaví tiskových trhlin. Rázovou houževnatost formovací oceli XM-7 lze zvýšit na 20 J/cm ² pomocí postupu odstupňovaného kalení, přičemž její tvrdost zůstává na 30 HRC.
Povrchová úprava: Podle toho, k čemu je forma určena, můžete zvolit galvanické pokovování, pískování nebo chemické leštění. Například formy na boty musí používat nano galvanické pokovování, aby získaly zrcadlový efekt, a formy-pro tlakové lití musí používat pískování, aby byl povrch drsnější a snáze se odstranil.
4. Ekonomická analýza: kontrola nákladů v průběhu celého životního cyklu
Výběr materiálu musí najít kompromis mezi výkonem a cenou a ke snížení nákladů a zvýšení efektivity je třeba použít hodnocení celého životního cyklu:
Cena materiálů: Mezi špičkovými-materiály je velký rozdíl v ceně. Jednotková cena prášku 1,2709 je asi 800 juanů/kg, což je trojnásobek ceny 316 l (260 juanů/kg). Vydrží však třikrát déle než běžná ocel H13 a je celkově levnější. Postup „naroubování základny“ lze použít k tisku vysoce-výkonných materiálů na tradiční ocelové základny forem pro-výrobu v malém měřítku. Tím se snižuje množství použitého materiálu.
Jak dobře funguje výroba: Materiály s vysokou tepelnou vodivostí mohou urychlit cykly vstřikování a lépe využívat zařízení. Použití prášku XM-7 v určité lékařské vícedutinové formě zkrátilo čas potřebný k výrobě jedné součásti ze 45 sekund na 30 sekund. Hodnota formy vzrostla o více než 2 miliony juanů ročně.
Náklady na údržbu: Materiály, které nekorodují, mohou způsobit, že je nebudete muset tak často čistit. 316Formy L si udrží rovné povrchy i ve vlhkých podmínkách, což snižuje náklady na údržbu o 60 % ve srovnání s běžnou ocelí P20.