Kako odabrati odgovarajuće metalne materijale za 3D ispis za proizvodnju kalupa?

1. Odabir materijala određen scenarijima primjene: različite potrebe za injekcijsko prešanje i lijevanje pod pritiskom
Glavni čimbenici koji određuju materijal koji će se koristiti su vrsta kalupa i način na koji će se koristiti. različiti procesi imaju prilično različite potrebe za svojstvima materijala:
Kalup za injekcijsko ubrizgavanje mora moći podnijeti visoku temperaturu i pritisak otopljene plastike. Materijal bi trebao moći dobro provoditi toplinu, biti otporan na koroziju i toplinski zamor. Na primjer, kalup za unutrašnjost automobila koristi prah od nehrđajućeg čelika 316L, a konstrukcija konformnog kanala za vodu za hlađenje skraćuje ciklus injekcijskog prešanja sa 120 sekundi na 75 sekundi, podižući stopu iskorištenja na 98%. Čelični prah za kalup XM-7, koji ima toplinsku vodljivost od 30 W/(m · K), može ubrzati hlađenje proizvoda i pospješiti proces kemijske korozije. Ovo zadovoljava potrebe fine obrade plitkih uzoraka (dubina<0.12mm).
Kalup za tlačno lijevanje: mora moći podnijeti-tekuću eroziju metala na visokoj temperaturi i cikluse toplinskog naprezanja. Materijal također mora biti vrlo izdržljiv, -otporan na habanje i otporan na pucanje uslijed topline. Zbog svoje tvrdoće toplinske obrade od 50–52HRC, 1.2709 (18Ni300) martenzitno ostarjeli čelični prah postao je najbolji izbor za kalupe-za tlačno lijevanje aluminijskih legura. Korištenje ovog materijala u-kalupu za lijevanje pod pritiskom određenog cilindra motora automobila produžilo je vijek trajanja kalupa s 20.000 na 60.000 upotreba i smanjilo cijenu po komadu za 40%.
Kalup za gumene gume: Blokovi uzorka moraju biti vrlo precizni i otporni na habanje i moraju upravljati toplinskom deformacijom kako proizvod ne bi treperio. SLM tehnologija koja se koristi za ispis CX (Corrax) kalupa za prah od nehrđajućeg čelika daje mu mogućnost poliranja do razine A2. Težina kalupa smanjena je za 30% zahvaljujući optimiziranom rešetkastom potpornom sustavu, a točnost replikacije uzorka je poboljšana na unutar 0,01 mm.
2. Usklađivanje svojstava materijala: Četiri glavne indikacije postavljaju granice performansi.
Četiri aspekta moraju se uzeti u obzir pri procjeni učinka materijala za kalupe: mehanička svojstva, toplinska svojstva, otpornost na koroziju i prilagodljivost procesu.
Svojstva mehanike: Sposobnost kalupa da drži težinu temelji se na njegovoj vlačnoj čvrstoći, granici tečenja i istezanju pri lomu. Na primjer, prah 1.2709 ima vlačnu čvrstoću od 2000 MPa, što ga čini dobrim za -situacije tlačnog lijevanja s velikim stresom. 316L prah ima istezanje pri lomu od 45%, što ga čini boljim za kalupe za injekcijsko ubrizgavanje tankih-zida koji moraju biti čvrsti.
Koliko dobro radi na vrućini: Na učinkovitost hlađenja i dimenzionalnu stabilnost utječu toplinska vodljivost i koeficijent toplinskog širenja. XM-7 kalupni čelik ima toplinsku vodljivost koja je 100% veća od 316L. To može znatno skratiti ciklus injekcijskog prešanja. Legura Invar 36 (s koeficijentom toplinske ekspanzije od 1,2 × 10⁻⁶/ stupanj) koristi se za optičke kalupe kako ne bi izgubili točnost zbog toplinske deformacije.
Otpornost na koroziju: ako se želite zaštititi od korozivne plastike kao što su PVC i PA, odaberite nehrđajući čelik s visokom koncentracijom kroma. 316L prah ima 17% kroma, što pomaže da površine budu glatke u vlažnim uvjetima i smanjuje potrebu za održavanjem.
Prilagodljivost procesa: Na kvalitetu otiska utječu sipkost praha, sadržaj kisika i sferičnost. Na primjer, prašci s raspodjelom veličine čestica od 15–53 μm mogu eliminirati nedostatke međuslojeva koji se javljaju kada se prah neravnomjerno širi. Udarna žilavost praha 316L s razinom kisika manjom od 100 PPM veća je za 44% u odnosu na obične materijale, što uvelike produljuje vijek trajanja kalupa.
3. Prilagodljivost procesa: zajednički rad na poboljšanju opreme i post{1}}obrade
Izbor materijala mora biti pažljivo usklađen s postupkom ispisa i tijek-naknadne obrade:
Kompatibilnost opreme: Različite tehnologije metalnog 3D ispisa zahtijevaju različite materijale. SLM proces dobro funkcionira s materijalima koji imaju visoko talište, kao što su legure titana i 1.2709. Pristup mlaza veziva bolje funkcionira s jeftinim prahom-na bazi željeza. Na primjer, određena je tvrtka napravila prah od aluminijske legure ZY6061 koji se može stabilno tiskati na EOS M290 opremi poboljšavajući distribuciju veličine čestica i protoka. Ovo rješava problem pucanja u regularnim aluminijskim legurama serije 6.
Kako toplinski tretirati: Kako bi se riješili zaostale napetosti i poboljšali njihovu mikrostrukturu, tiskane materijale potrebno je zagrijati. Tvrdoća praha od nehrđajućeg čelika 17-4PH može doseći 42HRC nakon starenja na 480 stupnjeva, što također uklanja pukotine pri tiskanju. Udarna žilavost čelika za kalupe XM-7 može se povećati na 20J/cm² korištenjem postupka stupnjevanog kaljenja, dok njegova tvrdoća ostaje na 30HRC.
Obrada površine: Ovisno o tome za što je kalup, možete odabrati galvanizaciju, pjeskarenje ili kemijsko poliranje. Na primjer, kalupi za cipele moraju koristiti nano galvanizaciju da bi dobili efekt zrcala, a-kalijepi za tlačno lijevanje moraju koristiti pjeskarenje kako bi površina postala hrapavija i lakša za uklanjanje.
4. Ekonomska analiza: kontrola troškova tijekom cijelog životnog ciklusa
Odabir materijala mora postići kompromis između performansi i cijene, a procjena cijelog životnog ciklusa mora se koristiti za smanjenje troškova i povećanje učinkovitosti:
Cijena materijala: postoji velika razlika u cijeni između-kvalitetnih materijala. Jedinična cijena praha 1.2709 je oko 800 juana/kg, što je tri puta više od cijene 316L (260 juana/kg). Međutim, može trajati tri puta dulje od uobičajenog čelika H13 i ukupno je jeftiniji. Postupak "cijepljenja baze" može se koristiti za ispis materijala visokih-učinkovitosti na tradicionalnim kalupnim čeličnim bazama za-malu proizvodnju. Time se smanjuje količina korištenog materijala.
Koliko dobro funkcionira proizvodnja: Materijali s visokom toplinskom vodljivošću mogu ubrzati cikluse injekcijskog prešanja i bolje iskoristiti opremu. Korištenje praha XM-7 u određenom medicinskom kalupu s više šupljina skratilo je vrijeme potrebno za izradu jedne komponente s 45 sekundi na 30 sekundi. Vrijednost kalupa porasla je za više od 2 milijuna juana godišnje.
Troškovi održavanja: materijali koji ne korodiraju mogu smanjiti potrebu za čišćenjem. 316L kalupi mogu zadržati svoje ravne površine čak i u vlažnim uvjetima, što smanjuje troškove održavanja za 60% u usporedbi s običnim čelikom P20.