Как выбрать подходящие металлические материалы для 3D-печати для изготовления форм?

1. Выбор материала определяется сценариями применения: различные потребности в литье под давлением и литье под давлением.
Основными факторами, определяющими используемый материал, являются тип формы и то, как она будет использоваться. Различные процессы имеют совершенно разные потребности в свойствах материала:
Пресс-форма должна выдерживать высокую температуру и давление расплавленного пластика. Материал должен хорошо проводить тепло, противостоять коррозии и выдерживать термическую усталость. Например, в пресс-форме для салона автомобиля используется порошок нержавеющей стали 316L, а конструкция конформного канала охлаждающей воды сокращает цикл литья под давлением со 120 до 75 секунд, повышая производительность до 98%. Стальной порошок формы XM-7, имеющий теплопроводность 30 Вт/(м · К), может ускорить охлаждение изделий и способствовать процессу химической коррозии. Это отвечает потребностям тонкой обработки неглубоких рисунков (глубина<0.12mm).
Форма для литья под давлением: она должна выдерживать высоко-высокотемпературную жидкостную эрозию металла и циклы термических напряжений. Материал также должен быть очень прочным,-стойким к износу и устойчивым к растрескиванию под воздействием тепла. Благодаря твердости при термообработке 50–52HRC стальной порошок мартенситного возраста 1,2709 (18Ni300) стал лучшим выбором для форм для литья под давлением из алюминиевых сплавов. Использование этого материала в-форме для литья под давлением цилиндра определенного автомобильного двигателя позволило увеличить срок службы формы с 20 000 до 60 000 использований и сократить стоимость одной детали на 40 %.
Форма для резиновых шин: блоки шаблонов должны быть очень точными и устойчивыми к износу, а также выдерживать тепловую деформацию, чтобы изделие не мигало. Технология SLM, используемая для печати порошковой формы CX (Corrax) из нержавеющей стали, обеспечивает возможность полировки до уровня A2. Вес формы снижается на 30% благодаря оптимизированной решетчатой ​​опорной системе, а точность воспроизведения шаблона повышается до 0,01 мм.
2. Соответствие свойствам материала. Четыре основных показателя определяют пределы производительности.
При оценке характеристик материалов пресс-форм необходимо учитывать четыре аспекта: механические качества, термические свойства, коррозионную стойкость и технологическую технологичность.
Механические свойства. Способность формы выдерживать вес зависит от ее прочности на разрыв, предела текучести и удлинения при разрыве. Например, порошок 1.2709 имеет прочность на разрыв 2000 МПа, что делает его подходящим для ситуаций-литья под давлением с большими нагрузками.. 316Удлинение разрыва порошка L составляет 45 %, что делает его более подходящим для тонкостенных-литьевых форм, которые должны быть прочными.
Насколько хорошо он работает в жару: на эффективность охлаждения и стабильность размеров влияют теплопроводность и коэффициент теплового расширения. Сталь для форм XM-7 имеет теплопроводность на 100% выше, чем у стали 316L. Это может значительно сократить цикл литья под давлением. Сплав инвар 36 (с коэффициентом теплового расширения 1,2 × 10⁻⁶/градус) используется для оптических форм, чтобы предотвратить потерю точности из-за термической деформации.
Коррозионная стойкость. Если вы хотите защититься от коррозийных пластиков, таких как ПВХ и ПА, выбирайте нержавеющую сталь с высокой концентрацией хрома.. 316Порошок L содержит 17 % хрома, что помогает сохранять поверхности гладкими во влажных условиях и сокращает потребность в уходе.
Адаптивность процесса: на качество печати влияют сыпучесть порошка, содержание кислорода и сферичность. Например, порошки с гранулометрическим составом 15–53 мкм позволяют устранить межслоевые дефекты, возникающие при неравномерном распределении порошка. Ударная вязкость порошка 316L с содержанием кислорода менее 100 PPM на 44% выше, чем у обычных материалов, что значительно продлевает срок службы формы.
3. Адаптивность процесса: совместная работа над улучшением оборудования и пост-обработкой.
Выбор материалов необходимо тщательно согласовывать с процессом печати и процессом пост-обработки:
Совместимость оборудования. Для разных технологий 3D-печати металлом требуются разные материалы. Процесс SLM хорошо работает с материалами с высокой температурой плавления, такими как титановые сплавы и 1,2709. Метод струйной обработки связующего лучше работает с дешевыми порошками на основе железа-. Например, некая компания произвела порошок алюминиевого сплава ZY6061, который можно стабильно печатать на оборудовании EOS M290 за счет улучшения распределения частиц по размерам и сыпучести. Это решает проблему растрескивания обычных алюминиевых сплавов 6-й серии.
Как проводить термообработку: Чтобы избавиться от остаточных напряжений и улучшить их микроструктуру, печатные материалы необходимо нагревать. Твердость порошка нержавеющей стали 17-4PH может достигать 42HRC после выдержки при температуре 480 градусов, что также позволяет избавиться от трещин при печати. Ударная вязкость формовочной стали XM-7 может быть увеличена до 20 Дж/см² с помощью ступенчатой ​​закалки, при этом ее твердость остается на уровне 30HRC.
Обработка поверхности: в зависимости от того, для чего предназначена форма, вы можете выбрать гальванику, пескоструйную обработку или химическую полировку. Например, в формах для обуви необходимо использовать нано-гальваническое покрытие, чтобы получить зеркальный эффект, а в формах для литья под давлением-нужно использовать пескоструйную обработку, чтобы сделать поверхность более шероховатой и облегчить ее удаление.
4. Экономический анализ: контроль затрат на протяжении всего жизненного цикла.
Выбор материала должен обеспечивать компромисс между производительностью и стоимостью, а оценка всего жизненного цикла должна использоваться для снижения затрат и повышения эффективности:
Стоимость материалов: существует большая разница в цене между высококачественными-материалами. Цена единицы порошка 1.2709 составляет около 800 юаней/кг, что в три раза выше цены 316L (260 юаней/кг). Однако она может служить в три раза дольше, чем обычная сталь H13, и в целом дешевле. Процедуру «прививки основания» можно использовать для печати высокопроизводительных материалов на традиционных стальных основах для мелкосерийного-производства. Это сокращает количество используемого материала.
Насколько хорошо работает производство: материалы с высокой теплопроводностью могут ускорить циклы литья под давлением и более эффективно использовать оборудование. Использование порошка XM-7 в специальной медицинской многоместной форме позволило сократить время изготовления одного компонента с 45 до 30 секунд. Стоимость формы выросла более чем на 2 миллиона юаней в год.
Стоимость обслуживания. Благодаря использованию материалов, которые не подвержены коррозии, вам придется реже их чистить.. 316Формы L сохраняют свои плоские поверхности даже во влажных условиях, что сокращает расходы на техническое обслуживание на 60 % по сравнению с обычной сталью P20.