Kuinka valita sopivat metalliset 3D-tulostusmateriaalit muottien valmistukseen?

1. Materiaalivalinta määräytyy käyttöskenaarioiden mukaan: vaihtelevat ruiskupuristus- ja painevalutarpeet
Tärkeimmät käytetyn materiaalin määräävät tekijät ovat muotin tyyppi ja käyttötapa. erilaisilla prosesseilla on melko erilaisia ​​materiaaliominaisuuksia koskevia tarpeita:
Ruiskumuotin on kestettävä sulan muovin korkea lämpötila ja paine. Materiaalin tulee pystyä johtamaan lämpöä hyvin, kestämään korroosiota ja kestämään lämpöväsymistä. Esimerkiksi auton sisämuotti käyttää 316 litran ruostumatonta teräsjauhetta, ja mukautetun jäähdytysvesikanavan rakentaminen lyhentää ruiskuvalujaksoa 120 sekunnista 75 sekuntiin, mikä nostaa tuottoasteen 98 prosenttiin. XM-7 muottiteräsjauhe, jonka lämmönjohtavuus on 30W/(m · K), saattaa nopeuttaa tuotteiden jäähtymistä ja edistää kemiallista korroosion puremisprosessia. Tämä täyttää matalien kuvioiden hienokäsittelytarpeet (syvyys<0.12mm).
Painevalumuotti: Sen on kyettävä käsittelemään korkeita{0}}lämpötiloja metallin nesteeroosiota ja lämpöjännitystä. Materiaalin on myös oltava erittäin kestävää, kulutusta-kestävää ja lämmön aiheuttamaa halkeilua kestävää. Lämpökäsittelykovuuden 50–52 HRC ansiosta 1.2709 (18Ni300) martensiittisesta vanhentuneesta teräsjauheesta on tullut paras valinta alumiiniseoksesta valmistettuihin painevalumuotteisiin. Tämän materiaalin käyttäminen tietyn auton moottorin sylinterin painevalumuotissa on pidentänyt muotin käyttöikää 20 000 käyttökerrasta 60 000 käyttökertaan ja alentanut kappalekohtaisia ​​kustannuksia 40 %.
Kumirenkaan muotti: Kuviopalojen on oltava erittäin tarkkoja ja kulutusta kestäviä, ja niiden on hallittava lämmön muodonmuutoksia, jotta tuote ei vilku. CX (Corrax) ruostumattomasta teräksestä valmistetun jauhemuotin painamiseen käytetty SLM-tekniikka antaa sille jopa A2-tason kiillotuskyvyn. Muotin painoa leikataan 30 % optimoidun ristikkotukijärjestelmän ansiosta, ja kuvion replikoinnin tarkkuus on parannettu 0,01 mm:iin.
2. Materiaalin ominaisuuksien yhteensopivuus: Neljä pääindikaatiota asettavat suorituskyvyn rajat.
Muottimateriaalien suorituskykyä arvioitaessa tulee ottaa huomioon neljä näkökohtaa: mekaaniset ominaisuudet, lämpöominaisuudet, korroosionkestävyys ja prosessin sopeutuvuus.
Mekaniikan ominaisuudet: Muotin kyky pitää painoa perustuu sen vetolujuuteen, myötölujuuteen ja murtovenymään. Esimerkiksi 1.2709-jauheen vetolujuus on 2000 MPa, mikä tekee siitä hyvän painevalutilanteisiin, joissa on paljon rasitusta. 316L-jauheen murtumavenymä on 45 %, mikä tekee siitä paremman ohutseinäisille-ruiskumuotteille, joiden on oltava vahvoja.
Kuinka hyvin se toimii lämmössä: Lämmönjohtavuus ja lämpölaajenemiskerroin vaikuttavat jäähdytystehokkuuteen ja mittojen vakauteen. XM-7 muottiteräksen lämmönjohtavuus on 100 % korkeampi kuin 316L. Tämä voi lyhentää huomattavasti ruiskupuristusjaksoa. Invar 36 -seosta (lämpölaajenemiskerroin 1,2 × 10⁻⁶/aste) käytetään optisissa muoteissa, jotta ne eivät menetä tarkkuutta lämpömuodonmuutoksen vuoksi.
Korroosionkestävyys: Jos haluat suojautua syövyttäviltä muoveilta, kuten PVC:ltä ja PA:lta, valitse ruostumaton teräs, jossa on korkea kromipitoisuus. 316L-jauheessa on 17 % kromia, mikä auttaa pitämään pinnat sileinä kosteissa olosuhteissa ja vähentää huoltotarvetta.
Prosessin mukautuvuus: Painatuksen laatuun vaikuttavat jauheen juoksevuus, happipitoisuus ja palloisuus. Esimerkiksi jauheet, joiden hiukkaskokojakauma on 15–53 μm, voivat poistaa kerrosten väliset viat, joita syntyy, kun jauhe leviää epätasaisesti. 316L jauheen, jonka happipitoisuus on alle 100 ppm, iskunkestävyys on 44 % korkeampi kuin tavallisten materiaalien, mikä pidentää huomattavasti muotin käyttöikää.
3. Prosessin sopeutettavuus: työskentely yhdessä laitteiden ja jälkikäsittelyn{1}} parantamiseksi
Materiaalien valinta on sovitettava huolellisesti yhteen painoprosessin ja jälkikäsittelyn kulun kanssa:
Laitteiden yhteensopivuus: Eri metalliset 3D-tulostustekniikat tarvitsevat erilaisia ​​materiaaleja. SLM-prosessi toimii hyvin materiaalien kanssa, joilla on korkea sulamispiste, kuten titaaniseokset ja 1.2709. Sideainesuihkutusmenetelmä toimii paremmin halpojen-rautapohjaisten jauheiden kanssa. Esimerkiksi eräs yritys valmisti ZY6061-alumiiniseosjauhetta, joka voidaan painaa vakaasti EOS M290 -laitteisiin parantamalla hiukkaskoon jakautumista ja juoksevuutta. Tämä ratkaisee halkeiluongelman tavallisissa 6-sarjan alumiiniseoksissa.
Lämpökäsittely: Painetut materiaalit on lämmitettävä, jotta jäännösjännitys saadaan eroon ja niiden mikrorakenne paranee. 17-4PH ruostumattoman teräsjauheen kovuus voi saavuttaa 42HRC:n 480 asteen vanhentamisen jälkeen, mikä myös poistaa tulostushalkeamat. XM-7 muottiteräksen iskunkestävyys voidaan nostaa arvoon 20 J/cm ² asteittaisella karkaisumenettelyllä, kun sen kovuus pysyy 30 HRC:ssä.
Pintakäsittely: Muotin käyttötarkoituksen mukaan voit valita galvanoinnin, hiekkapuhalluksen tai kemiallisen kiillotuksen. Esimerkiksi kenkämuottien on käytettävä nanosähköpinnoitusta saadakseen peilivaikutelman, ja painevalumuottien on käytettävä hiekkapuhallusta, jotta pinnasta tulee karheampi ja helpompi poistaa.
4. Taloudellinen analyysi: kustannusten hallinta koko elinkaaren ajan
Materiaalivalinnalla on löydettävä kompromissi suorituskyvyn ja kustannusten välillä, ja koko elinkaariarviointia on käytettävä kustannusten alentamiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi:
Materiaalikustannukset: Korkealaatuisten{0}}materiaalien välillä on suuri hintaero. 1,2709 jauheen yksikköhinta on noin 800 yuania/kg, mikä on kolme kertaa 316L:n (260 yuania/kg) hinta. Se voi kuitenkin kestää kolme kertaa pidempään kuin tavallinen H13-teräs ja on kaiken kaikkiaan halvempi. Pohjaoksastusmenetelmää voidaan käyttää tehokkaiden materiaalien painamiseen perinteisille muottiteräspohjalle pienimuotoista tuotantoa varten. Tämä vähentää käytetyn materiaalin määrää.
Kuinka hyvin valmistus toimii: Korkean lämmönjohtavuuden omaavat materiaalit voivat nopeuttaa ruiskupuristussyklejä ja hyödyntää laitteita paremmin. XM-7-jauheen käyttäminen tietyssä lääketieteellisessä monionteloisessa muotissa on lyhentänyt yhden komponentin valmistamiseen kuluvaa aikaa 45 sekunnista 30 sekuntiin. Muotin arvo on noussut yli 2 miljoonalla yuania vuodessa.
Ylläpitokustannukset: Syöpymättömien materiaalien puhdistustarve voi olla harvempi. 316L-muotit voivat pitää tasaiset pinnat kosteissakin olosuhteissa, mikä vähentää ylläpitokustannuksia 60 % tavalliseen P20-teräkseen verrattuna.