Каковы преимущества мартенситной нержавеющей стали при 3D-печати пресс-форм?

一, Техническая осуществимость: переход от лаборатории к производственной линии
1. Полное покрытие материальной системы
3D-печать металлом теперь может работать со всеми материалами, которые обычно используются для изготовления форм. Например, технология лазерной плавки в порошковом слое (LPBF) позволяет печатать классические материалы для форм, включая инструментальную сталь H13, литейную сталь P20 и мартенситную сталь 1.2709. Благодаря точной-настройке параметров процесса важные показатели, такие как твердость, ударная вязкость и износостойкость напечатанных деталей, соответствуют или превосходят спецификации для ковочных материалов. Например, одна компания использовала технологию LPBF для изготовления отверстий для пресс-форм из стали H13. После термообработки твердость выросла до 52HRC, а срок службы термической усталости был на 40% больше, чем при обычной обработке. Он может выдержать более 500 000 циклов литья под давлением.
3D-печать металлом показала особые преимущества в области конкретных материалов. Поскольку людям нужны были материалы, обладающие высокой проводимостью и устойчивостью к коррозии, компания разработала процесс печати из сплава-на основе меди. Этот процесс имеет коэффициент теплопроводности до 380 Вт/(м · К), что на 25% выше, чем у традиционных форм из бериллиевой меди. Поскольку люди хотели, чтобы материалы были легкими, технология печати из алюминиевых и титановых сплавов может снизить вес формы на 30–50%, сохраняя при этом прочность конструкции.
2. Неограниченный прогресс в структурной сложности
Традиционное изготовление форм ограничено геометрическими пределами субтрактивной обработки. Для изготовления сложных конструкций необходимо использовать такие методы, как расщепление, сращивание и сварка, что делает формы менее точными и сокращает срок их службы. С помощью 3D-печати металлом можно сразу создать любую сложную форму, особенно новую, такую ​​как конформные каналы охлаждения, воздухопроницаемая сталь и точечно-матричное заполнение.
Например, традиционные методы бурения позволяют проложить только прямые или простые-каналы для воды. Напротив, 3D-печать позволяет создавать водные каналы неправильной формы, например, спиральные, ветки деревьев и биомиметические прожилки листьев, что может повысить эффективность охлаждения более чем на 40%. После использования оптимизированной по топологии конструкции каналов для формы декоративной планки для дверной коробки автомобиля время изготовления одной детали увеличилось со 120 до 75 секунд, а процент выхода продукции увеличился с 89% до 98%. Компании, производящие дышащую сталь, смогли точно управлять апертурой 0,04 мм, используя технологию печати пористым слоем. Это утроило эффективность вытяжки из форм и устранило такие проблемы, как линии сварки и пузыри, возникающие при попадании газа.
3. Постоянное улучшение качества поверхности и точности.
Ранняя 3D-печать металлом с трудом соответствовала требованиям высокой-точности изготовления пресс-форм, поскольку сила межслоевого соединения была недостаточно сильной, а поверхность была слишком шероховатой. Но эта проблема решена благодаря техническому прогрессу. На данный момент высокотехнологичные машины для 3D-печати металлом-могут изготавливать детали с размерной точностью ± 0,05 мм и шероховатостью поверхности Ra менее или равной 1,6 мкм. При использовании с полировкой, пескоструйной обработкой и другими этапами поверхность может стать гладкой, как зеркало.
Например, технология TrueShape компании Mantle использует комбинацию «3-осевой обработки с ЧПУ+рисование и печать+проектирование программного обеспечения» для очень точного изготовления полостей пресс-формы. В результате этого процесса печатается полость пресс-формы из стали H13 с шероховатостью поверхности Ra всего 0,8 мкм, что означает, что ее можно сразу использовать для литья под давлением с высоким блеском без необходимости предварительной полировки. Эта технология также позволяет выполнять композитную печать из нескольких-материалов, что позволяет наносить износостойкие покрытия на поверхность формы. Благодаря этому форма прослужит более чем в три раза дольше, чем традиционные методы.
2. Производственная практика: от тестирования идей к их использованию в больших масштабах
1. Автомобильные пресс-формы: двойная революция в стоимости и эффективности
3D-печать металлом перешла от стадии проверки идеи к широкомасштабному-использованию в сфере автомобильных пресс-форм. Одна компания, производящая автомобили, использует технологию LPBF для изготовления форм головок цилиндров двигателей. За счет улучшения конструкции конформного канала охлаждающей воды цикл литья под давлением сокращается на 37,2%, а стоимость каждой детали снижается на 22%. Что еще более впечатляет, так это то, что эта технология позволяет «однократно формовать» формы, не дожидаясь открытия формы. Это сокращает время, необходимое для разработки новых продуктов, с 6 до 2 месяцев и значительно ускоряет время реакции на рынке.
3D-печать металлом также отлично подходит для изготовления легких форм. Одна компания, производящая новые энергетические автомобили, производит формы для аккумуляторных батарей, используя технологию печати из алюминиевого сплава. Вес формы снижается на 45%, а энергия, используемая для литья под давлением, снижается на 18%, при этом прочность формы сохраняется. Пресс-форма прошла 200 000 циклов литья под давлением, работает хорошо и надежна.
2. Медицинские формы: лучший способ сделать вещи именно такими, как вы хотите.
Медицинской профессии нужны очень специфические и индивидуализированные формы, и 3D-печать металлом — лучший способ сделать это. Компания, которая производит формы для ортопедических имплантатов, использует технологию печати из сплава кобальта и хрома для изготовления форм, «индивидуальных для пациента». Цифровая модель слепка создается сразу после получения данных о кости от пациента с помощью компьютерной томографии. После 3D-печати форма может иметь точность до 0,02 мм, что означает, что она точно соответствует телу пациента. Этот метод был использован в более чем 5000 процедурах, и он сократил время, необходимое пациентам для восстановления после операции, на 30%, а количество осложнений - менее чем до 1%.
3D-печать металлом также имеет явные преимущества в области изготовления форм для медицинских устройств. Некая компания изготавливает формы сердечных стентов, используя технологию печати из титанового сплава. Риск тромбоза значительно снижается, если поверхность полости формы сделать максимально гладкой, что снижает шероховатость поверхности стента Ra до менее или равной 0,2 мкм. Эта форма сертифицирована FDA и является первой в мире формой сердечного стента, напечатанной на 3D-принтере.
3. Пресс-формы для аэрокосмической отрасли: оптимальное использование высокоэффективных-материалов.
Авиационной промышленности нужны формы, которые выдерживают высокие температуры, очень прочные и очень легкие. 3D-печать металлом — новый способ сделать это. Некая компания изготавливает формы для лопаток авиационных двигателей, используя технологию печати сплавами на основе никеля. Вес формы снижен на 35% за счет оптимизации структуры решетчатого заполнения, и она остается стабильной при высокой температуре 1200 градусов. Форма прошла испытания в 2000 термических циклах и ее характеристики намного лучше, чем у обычных литейных форм.
3D-печать металлом также очень хорошо подходит для изготовления форм для деталей спутников. Одна компания производит формы для сателлитных кронштейнов, используя технологию печати из алюминиевого сплава. Благодаря использованию оптимизации топологии вес форм снижается на 60%, сохраняя при этом возможность удерживать свой вес, что снижает стоимость запуска ракет. Из этой формы было изготовлено более 10 спутников, и она работает хорошо и стабильно.