Як вибрати відповідні металеві матеріали для 3D-друку для виготовлення форм?

1. Вибір матеріалу визначається сценаріями застосування: різноманітні потреби для лиття під тиском і лиття під тиском
Основними факторами, які визначають матеріал для використання, є тип форми та спосіб її використання. різні процеси мають досить різні потреби щодо властивостей матеріалу:
Форма для лиття під тиском повинна витримувати високу температуру та тиск розплавленого пластику. Матеріал повинен добре проводити тепло, протистояти корозії та термічній втомі. Наприклад, у прес-формі для салону автомобіля використовується порошок з нержавіючої сталі 316L, а конструкція конформного каналу охолоджувальної води скорочує цикл лиття під тиском зі 120 секунд до 75 секунд, підвищуючи коефіцієнт виходу до 98%. Сталевий порошок XM-7, який має теплопровідність 30 Вт/(м · K), може прискорити охолодження виробів і сприяти процесу хімічної корозії. Це відповідає потребам тонкої обробки дрібних візерунків (глибина<0.12mm).
Форма для лиття під тиском: вона має витримувати високу-температурну ерозію металу рідиною та цикли термічного навантаження. Матеріал також має бути дуже міцним,-стійким до зношування та стійким до розтріскування під впливом тепла. Завдяки твердості під час термічної обробки 50–52HRC порошок мартенситно зістареної сталі 1.2709 (18Ni300) став найкращим вибором для-форм для лиття під тиском із алюмінієвих сплавів. Використання цього матеріалу у-формі для лиття під тиском певного циліндра автомобільного двигуна подовжило термін служби форми з 20 000 до 60 000 застосувань і знизило вартість однієї штуки на 40%.
Прес-форма для гумової шини: Блоки візерунка мають бути дуже точними та стійкими до зношування, а також їм потрібно контролювати теплову деформацію, щоб виріб не спалахував. Технологія SLM, яка використовується для друку порошкової форми з нержавіючої сталі CX (Corrax), дає можливість полірування до рівня A2. Вага форми зменшується на 30% завдяки оптимізованій опорній системі решітки, а точність відтворення малюнка підвищується до 0,01 мм.
2. Відповідність властивостям матеріалу: Чотири основні ознаки встановлюють межі продуктивності.
Чотири аспекти повинні бути прийняті до уваги при оцінці ефективності матеріалів прес-форм: механічні властивості, термічні властивості, стійкість до корозії та адаптивність процесу.
Механічні властивості. Здатність прес-форми утримувати вагу залежить від міцності на розрив, межі текучості та подовження при розриві. Наприклад, порошок 1.2709 має міцність на розрив 2000 МПа, що робить його хорошим-для ситуацій лиття під тиском із великим навантаженням. 316Порошок L має подовження при розриві 45%, що робить його кращим для тонкостінних-форм для лиття під тиском, які мають бути міцними.
Наскільки добре це працює в спеку: на ефективність охолодження та стабільність розмірів впливають теплопровідність і коефіцієнт теплового розширення. Формована сталь XM-7 має теплопровідність, яка на 100% вище, ніж у 316L. Це може значно скоротити цикл лиття під тиском. Сплав Invar 36 (з коефіцієнтом теплового розширення 1,2 × 10⁻⁶/градус) використовується для оптичних форм, щоб уникнути втрати точності через термічну деформацію.
Стійкість до корозії: якщо ви хочете захистити від корозійних пластмас, таких як ПВХ і ПА, вибирайте нержавіючу сталь із високою концентрацією хрому. 316Порошок L містить 17 % хрому, що допомагає залишати поверхні гладкими у вологих умовах і зменшує потребу в обслуговуванні.
Адаптованість процесу: на якість друку впливають сипучість порошку, вміст кисню та сферичність. Наприклад, порошки з розподілом частинок за розміром 15–53 мкм можуть усунути дефекти міжшарового шару, які виникають, коли порошок розподіляється нерівномірно. Ударна в'язкість порошку 316L із вмістом кисню менше 100 частин на хвилину на 44% вища, ніж у звичайних матеріалів, що значно подовжує термін служби прес-форми.
3. Адаптивність процесу: спільна робота над покращенням обладнання та пост{1}}обробки
Вибір матеріалів має бути ретельно узгоджений із процесом друку та пост-обробки:
Сумісність обладнання: різні технології 3D-друку з металу потребують різних матеріалів. Процес SLM добре працює з матеріалами з високою температурою плавлення, такими як титанові сплави та 1.2709. Підхід струминного в’яжучого краще працює з дешевими порошками на основі-заліза. Наприклад, певна компанія виготовила порошок алюмінієвого сплаву ZY6061, який можна стабільно друкувати на обладнанні EOS M290 завдяки покращенню розподілу частинок за розміром і сипучості. Це вирішує проблему розтріскування звичайних алюмінієвих сплавів серії 6.
Як термічно обробляти: Щоб позбутися залишкового натягу та покращити їх мікроструктуру, друковані матеріали необхідно нагріти. Твердість порошку з нержавіючої сталі 17-4PH може досягати 42HRC після витримки при 480 градусах, що також позбавляє від друкованих тріщин. Ударну в'язкість формовочної сталі XM-7 можна збільшити до 20 Дж/см² за допомогою градуйованої процедури загартування, тоді як її твердість залишається на рівні 30HRC.
Обробка поверхні: залежно від того, для чого призначена форма, ви можете вибрати гальванічне, піскоструминне чи хімічне полірування. Наприклад, форми для взуття потребують наногальванічного покриття, щоб отримати дзеркальний ефект, а-форми для лиття під тиском потребують піскоструминної обробки, щоб зробити поверхню шорсткішою та легшою для видалення.
4. Економічний аналіз: контроль витрат протягом усього життєвого циклу
Вибір матеріалів повинен досягати компромісу між продуктивністю та вартістю, а оцінка всього життєвого циклу повинна використовуватися для зниження витрат і підвищення ефективності:
Вартість матеріалів. Існує велика різниця в ціні між високоякісними-матеріалами. Ціна за одиницю порошку 1.2709 становить приблизно 800 юанів/кг, що втричі перевищує ціну 316L (260 юанів/кг). Однак вона може служити втричі довше, ніж звичайна сталь H13, і загалом дешевша. Процедуру «щеплення основи» можна використовувати для друку високоякісних-матеріалів на традиційних формованих сталевих основах для невеликого-виробництва. Це скорочує кількість використовуваного матеріалу.
Наскільки добре працює виробництво: матеріали з високою теплопровідністю можуть прискорити цикли лиття під тиском і краще використовувати обладнання. Використання порошку XM-7 у певній медичній прес-формі з кількома порожнинами скоротило час виготовлення одного компонента з 45 до 30 секунд. Вартість форми зросла більш ніж на 2 мільйони юанів на рік.
Вартість обслуговування: матеріали, які не піддаються корозії, можуть рідше чистити їх. 316Форми L можуть зберігати пласкі поверхні навіть у вологих умовах, що скорочує витрати на обслуговування на 60% порівняно зі звичайною сталлю P20.