Kā izvēlēties piemērotus metāla 3D drukas materiālus veidņu ražošanai?

1. Materiālu izvēle, ko nosaka pielietojuma scenāriji: dažādas vajadzības pēc iesmidzināšanas un liešanas
Galvenie faktori, kas nosaka izmantojamo materiālu, ir veidnes veids un izmantošanas veids. dažādiem procesiem ir diezgan dažādas vajadzības pēc materiāla īpašībām:
Iesmidzināšanas veidnei ir jāspēj izturēt kausētas plastmasas augsto temperatūru un spiedienu. Materiālam jāspēj labi vadīt siltumu, izturēt koroziju un izturēt termisko nogurumu. Piemēram, automobiļa salona veidnē ir izmantots 316 l nerūsējošā tērauda pulveris, un konformāla dzesēšanas ūdens kanāla konstrukcija saīsina iesmidzināšanas liešanas ciklu no 120 sekundēm līdz 75 sekundēm, paaugstinot ražības līmeni līdz 98%. XM-7 veidņu tērauda pulveris, kura siltumvadītspēja ir 30 W/(m · K), var paātrināt izstrādājumu atdzišanu un veicināt ķīmiskās korozijas kodināšanas procesu. Tas atbilst seklu rakstu smalkas apstrādes vajadzībām (dziļums<0.12mm).
Liešanas veidne: tai jāspēj izturēt augstas -temperatūras metāla šķidruma eroziju un termiskās slodzes ciklus. Materiālam jābūt arī ļoti izturīgam, nodilumizturīgam-un izturīgam pret plaisāšanu no karstuma. Pateicoties tā termiskās apstrādes cietībai 50–52 HRC, 1,2709 (18Ni300) martensīta izturēta tērauda pulveris ir kļuvis par labāko izvēli alumīnija sakausējuma presformām-. Izmantojot šo materiālu konkrēta automašīnas dzinēja cilindra presformā{11}}liešanas veidnē, veidnes kalpošanas laiks ir palielinājies no 20 000 lietojumu līdz 60 000 lietojumu, un par 40% ir samazinātas izmaksas par vienu gabalu.
Gumijas riepas veidne: raksta blokiem jābūt ļoti precīziem un izturīgiem pret nodilumu, un tiem ir jāpārvalda siltuma deformācija, lai izstrādājums nemirgotu. SLM tehnoloģija, ko izmanto CX (Corrax) nerūsējošā tērauda pulverveidnes apdrukai, nodrošina to pulēšanas spēju līdz pat A2 līmenim. Veidnes svars tiek samazināts par 30%, pateicoties optimizētai režģa atbalsta sistēmai, un raksta replikācijas precizitāte ir uzlabota līdz 0,01 mm.
2. Materiāla īpašību saskaņošana: četras galvenās norādes nosaka veiktspējas ierobežojumus.
Izvērtējot veidņu materiālu veiktspēju, jāņem vērā četri aspekti: mehāniskās īpašības, termiskās īpašības, izturība pret koroziju un procesa pielāgošanās spēja.
Mehānikas īpašības: veidnes spēja noturēt svaru ir atkarīga no tās stiepes izturības, tecēšanas izturības un stiepes pārrāvuma laikā. Piemēram, 1.2709 pulvera stiepes izturība ir 2000 MPa, kas padara to par piemērotu liešanas situācijās ar lielu spriegumu. 316L pulvera lūzuma pagarinājums ir 45%, kas padara to labāku par plānām-sienu iesmidzināšanas veidnēm, kurām jābūt izturīgām.
Cik labi tas darbojas karstumā: dzesēšanas efektivitāti un izmēru stabilitāti ietekmē siltumvadītspēja un siltuma izplešanās koeficients. XM-7 veidņu tērauda siltumvadītspēja ir par 100% lielāka nekā 316L. Tas var ievērojami saīsināt iesmidzināšanas formēšanas ciklu. Invar 36 sakausējums (ar termiskās izplešanās koeficientu 1,2 × 10⁻⁶/grādi) tiek izmantots optiskajām veidnēm, lai tās nezaudētu precizitāti termiskās deformācijas dēļ.
Izturība pret koroziju: ja vēlaties aizsargāties pret korozīvām plastmasām, piemēram, PVC un PA, izvēlieties nerūsējošo tēraudu ar augstu hroma koncentrāciju. 316L pulverī ir 17% hroma, kas palīdz uzturēt virsmas gludas mitros apstākļos un samazina vajadzību pēc apkopes.
Procesa pielāgošanās spēja: drukas kvalitāti ietekmē pulvera plūstamība, skābekļa saturs un sfēriskums. Piemēram, pulveri ar daļiņu izmēru sadalījumu 15–53 μm var novērst starpslāņu trūkumus, kas rodas, pulverim izkliedējot nevienmērīgi. 316L pulvera triecienizturība ar skābekļa līmeni, kas mazāks par 100 PPM, ir par 44% augstāka nekā parastajiem materiāliem, kas ievērojami pagarina veidnes kalpošanas laiku.
3. Procesa pielāgojamība: sadarbojoties, lai uzlabotu aprīkojumu un pēc{1}}apstrādi
Materiālu izvēle ir rūpīgi jāsaskaņo ar drukāšanas procesu un pēcapstrādes{0}}plūsmu:
Iekārtu savietojamība: dažādām metāla 3D drukas tehnoloģijām ir nepieciešami dažādi materiāli. SLM process labi darbojas ar materiāliem, kuriem ir augsta kušanas temperatūra, piemēram, titāna sakausējumi un 1.2709. Saistvielu strūklas pieeja labāk darbojas ar lētiem dzelzs{3}}pulveriem. Piemēram, kāds uzņēmums izgatavoja ZY6061 alumīnija sakausējuma pulveri, ko var stabili drukāt uz EOS M290 aprīkojuma, uzlabojot daļiņu izmēru sadalījumu un plūstamību. Tas atrisina plaisāšanas problēmu parastajos 6. sērijas alumīnija sakausējumos.
Termiskā apstrāde: Lai atbrīvotos no atlikušās spriedzes un uzlabotu to mikrostruktūru, apdrukātie materiāli ir jāuzsilda. 17-4PH nerūsējošā tērauda pulvera cietība var sasniegt 42HRC pēc novecošanas 480 grādos, kas arī atbrīvo no drukas plaisām. XM-7 veidņu tērauda triecienizturību var palielināt līdz 20J/cm², izmantojot pakāpenisku dzēšanas procedūru, bet tā cietība paliek 30 HRC.
Virsmas apstrāde: atkarībā no tā, kam veidne ir paredzēta, varat izvēlēties galvanizāciju, smilšu strūklu vai ķīmisko pulēšanu. Piemēram, apavu veidnēm ir jāizmanto nanogalvanizācija, lai iegūtu spoguļa efektu, savukārt liešanas veidnēm ir jāizmanto smilšu strūkla, lai padarītu virsmu raupjāku un vieglāk noņemamu.
4. Ekonomiskā analīze: izmaksu kontrole visā dzīves ciklā
Izvēloties materiālu, ir jāpanāk kompromiss starp veiktspēju un izmaksām, un ir jāizmanto visa dzīves cikla novērtējums, lai samazinātu izmaksas un uzlabotu efektivitāti:
Materiālu izmaksas: augstākās klases materiāliem ir liela cenu atšķirība{0}}. 1.2709 pulvera vienības cena ir aptuveni 800 juaņa/kg, kas ir trīs reizes lielāka par 316L (260 juaņa/kg) cenu. Tomēr tas var kalpot trīs reizes ilgāk nekā parastais H13 tērauds un kopumā ir lētāks. "Pamatnes potēšanas" procedūru var izmantot, lai drukātu augstas veiktspējas materiālus uz tradicionālajām veidņu tērauda pamatnēm neliela apjoma ražošanai. Tas samazina izmantotā materiāla daudzumu.
Cik labi darbojas ražošana: Materiāli ar augstu siltumvadītspēju var paātrināt iesmidzināšanas liešanas ciklus un labāk izmantot aprīkojumu. Izmantojot XM-7 pulveri noteiktā medicīniskā veidnē, kurā ir daudz dobumu, laiks, kas nepieciešams viena komponenta izgatavošanai, ir samazinājies no 45 sekundēm līdz 30 sekundēm. Pelējuma vērtība ir palielinājusies par vairāk nekā 2 miljoniem juaņu gadā.
Apkopes izmaksas: materiāli, kas nerūsē, tos var retāk tīrīt. 316L veidnes var saglabāt plakanās virsmas pat mitros apstākļos, kas samazina uzturēšanas izdevumus par 60%, salīdzinot ar parasto P20 tēraudu.