Чи можна використовувати різні металеві друковані матеріали для ремонту форми?

1. Адаптація продуктивності матеріалу: від ремонту однієї речі до покращення її функціонування
Головне, що потрібно зробити, щоб виправити прес-форму, це знову зробити її геометрично правильною, зробити її більш стійкою до зношування, корозії та термічної втоми. Різні металеві друковані матеріали можна налаштувати для різних ремонтних функцій шляхом зміни їх складу та вдосконалення процесу друку.
Серія з нержавіючої сталі: доступний варіант для будь-якого ремонту
Нержавіюча сталь 316L є одним із найпопулярніших матеріалів для ремонту форм, оскільки вона міцна та стійка до іржі. Він має велике вікно друку, може легко реагувати на лазерну енергію, а тканина, на якій він друкує, товста. Він добре підходить для фіксації форм, які мають бути дуже чистими, включно з тими, що використовуються для пакування їжі та виготовлення оболонок для побутової техніки. Наприклад, компанія, яка виробляє побутову техніку, використовувала 3D-друк з нержавіючої сталі 316L для фіксації роздільної поверхні прес-форм. Ремонтний шар і підкладка мали міцність металургійного з’єднання 450 МПа, а стійкість до корозії іонами хлориду була втричі кращою, ніж у стандартного гальванічного покриття. Час, потрібний для ремонту, скорочено з 7 днів до 48 годин.
17-Мартенситна дисперсійно зміцнювана сталь 4PH обробляється для старіння, що призводить до виділення фаз зміцнення. Він має твердість HRC45-55 і добре підходить для ремонту країв високонавантажених штампів. Цю речовину використовував певний виробник автомобільних запчастин для кріплення прогресивних опуклих форм, завдяки чому вони служили у 200 000 разів довше та знижували вартість кріплення однієї деталі на 60%.
Серія інструментальної сталі: великий крок вперед у продуктивності в умовах високої температури
Оскільки сталь H13 для гарячого лиття під тиском може витримувати термічну втому та твердіти, її часто використовують для кріплення-форм для лиття під тиском. У традиційному ремонті сталь H13 вимагає контролю розміру її зерен шляхом кування та термічної обробки. У 3D-друкі, з іншого боку, технологія спрямованого осадження енергії (DED) може безпосередньо генерувати дрібні зернисті структури (ASTM класи 8-10). Тривимірний друк зі сталі H13 використовувався для фіксації серцевини форми для лиття під тиском блоку циліндрів двигуна. Стійкість ремонтного шару до термічної втоми була в 12 000 разів більшою, ніж у звичайного зварювання. Він не потребує додаткової термічної обробки, що скорочує час доставки вдвічі.
Інструментальна сталь D2 має високий вміст вуглецю та хрому (C 1,5%, Cr 12%) і твердість за Роквеллом HRC60 або вище. Добре підходить для фіксації ріжучої кромки штампів холодного штампування. Один виробник електронних роз’ємів застосував 3D-друк зі сталі D2 для точного штампування. Після ремонту висота задирок зменшилася з 0,05 мм до 0,01 мм, а рівень сертифікації продукції підвищився з 92% до 98%.
Серія високотемпературних-сплавів: гарантія продуктивності навіть у найгірших робочих умовах
Високотемпературні-сплави на основі нікелю, такі як Inconel 718, залишаються міцними при 650 градусах і можуть використовуватися для фіксації форм для лопатей авіадвигунів і високотемпературного-кування. Inconel 718, швидше за все, виходить з ладу під час традиційного ремонту через термічне розтріскування. Однак 3D-друк може зупинити утворення стовпчастих кристалів і утримати швидкість розтріскування нижче 0,1%, змінивши тактику сканування (такий поворот між шарами на 67 градусів) і щільність енергії (80-100 Дж/мм³). Авіаційний виробник використовував інконель 718 для фіксації форм для кування дисків турбін. Після 620 градусів / 10000 термічних циклів ремонтний шар не тріснув, а термін служби прес-форми подовжено в три рази порівняно з оригінальною формою.
Серія мідних сплавів: індивідуальний варіант для швидкого позбавлення від тепла
Мідні сплави, такі як CuCrZr, чудово підходять для кріплення систем охолодження форм, оскільки вони можуть дуже добре проводити тепло з теплопровідністю 200–300 Вт/(м · К). Через структурні обмеження канал охолоджуючої води в традиційних процесах буріння, ймовірно, охолоджуватиметься нерівномірно. За допомогою 3D-друку ви можете відразу створити конформний канал охолодження. Форму автомобільного бампера зафіксували за допомогою 3D-друку зі сплаву CuCrZr. Це дозволило контуру охолоджувальної води працювати на 40% краще, скоротити час, необхідний для виготовлення однієї деталі з 18 секунд до 12 секунд, і скоротити споживання енергії на 22%.
2. Адаптивність процесу: від одиничного ремонту до композитного виготовлення
Основна перевага металевих ремонтних форм для 3D-друку полягає в тому, що вони достатньо гнучкі, щоб забезпечити точний контроль ефективності ремонту шляхом спільного проектування матеріалів, методів і структур.
Лазерне селективне плавлення (SLM): стандартна технологія для ремонту з високою точністю
Технологія SLM використовує лазерні плями шириною від 25 до 50 мкм для виправлення речей із дуже дрібними дефектами, включно з прецизійними формами. Під час ремонту прес-форми для упаковки напівпровідників технологія SLM використовувалася для друку ремонтного шару сталі 17-4PH товщиною 0,05 мм з точністю розмірів ± 0,02 мм і шорсткістю поверхні Ra менше або дорівнює 0,8 мкм. Після фіксації форму можна відразу пустити у виробництво без необхідності повторного полірування.
Електронно-променеве плавлення (EBM): новий спосіб швидкого та легкого фіксування високотемпературних-сплавів
Технологія EBM використовує електронні промені як джерело тепла для швидкого створення прототипів матеріалів, таких як мідь і титан, які добре відбивають світло у вакуумі. Для фіксації прес-форми для камери згоряння ракетного двигуна була використана технологія EBM для друку каналів охолодження зі сплаву CuCrZr. Це було зроблено зі швидкістю 200 см³/год, що в п’ять разів швидше, ніж технологія SLM. Ремонтний шар мав щільність 99,9% і теплопровідність, подібну до теплопровідності поковок.
Спрямоване осадження енергії (DED): Швидке вирішення проблем із великими прес-формами
Технологія DED дозволяє швидко ремонтувати великі прес-форми шляхом одночасної подачі порошку. Він добре підходить для кріплення величезного обладнання, як-форми для лиття під тиском і форми для кування. Технологія DED була використана для друку ремонтного шару сталі H13 на площі 0,5 м² на прес-формі для кування підшипника вітрової турбіни. Час, необхідний для вирішення проблеми, скоротився з 15 днів до 72 годин, а міцність зв’язку між ремонтним шаром і підкладкою досягла 500 МПа, що є необхідним для параметрів кування під високим-тиском.
3. Використання в бізнесі: від ремонту речей в області до управління всім життєвим циклом
Технологія ремонту металевих 3D-друків еволюціонувала від ремонту однієї прес-форми до керування життєвим циклом прес-форми, створюючи замкнуту-систему «профілактичного ремонту, функціонального оновлення, відновлення»:
Профілактичний ремонт: технічне обслуговування, яке базується на даних і виконується завчасно
Ремонт 3D-друку можна виконати завчасно, встановивши датчики у форму, щоб стежити за такими речами, як температура та напруга в режимі реального часу, і використовуючи технологію цифрових подвійників, щоб здогадатися, де форма вийде з ладу. Певна компанія, яка виробляє автомобільні деталі, розмістила датчики температури у-формах для лиття під тиском. Коли температура всередині виходить за межі критичного рівня, процедура відновлення 3D-друку зі сплаву CuCrZr запускається самостійно. Завдяки цьому форма служить у 500 000 разів довше, ніж в іншому випадку.
Функціональне оновлення: думайте про ремонт як про спосіб покращити речі
У процесі ремонту ми використовуємо нові структури, як-от конформне охолодження та легку решітку, щоб форма працювала краще. Під час ремонту прес-форми для кришки мобільного телефону 3D-друк використовувався для додавання каналів охолодження, оптимізованих за топологією, до ядра форми. Це зменшило викривлення виробу з 0,8 мм до 0,2 мм. Гратчаста структура також була використана для зменшення ваги прес-форми на 30% і її споживання енергії на 15%.
Переробка: Варто відновити в циклічній економіці
Використання технології 3D-друку для переробки зламаних форм може знизити вартість ремонту до 40% від вартості нових форм. У процесі відновлення прес-форми для лопаті авіаційного двигуна зношену порожнину зафіксували за допомогою 3D-друку зі сплаву Inconel 718. Після ремонту форма працювала на 90% так само добре, як і нова, а час, який знадобився для її ремонту, становив від 3 місяців до 3 тижнів, що заощадило багато грошей на виробництві.