Triển vọng ứng dụng của thép công cụ trong in 3D kim loại khuôn là gì?

一, Một bước tiến lớn về công nghệ: từ "thực hiện chức năng" đến "bước nhảy vọt về hiệu suất"
1. Khả năng tạo ra các cấu trúc phức tạp
Chế tạo khuôn theo cách-cổ điển sử dụng các phương pháp như gia công CNC và gia công phóng điện (EDM), khiến việc tạo các hình dạng phức tạp như kênh nước làm mát đồng dạng và gân gia cố bên trong trở nên khó khăn. Bằng cách nấu chảy từng lớp bột kim loại, công nghệ LPBF có thể in trực tiếp các cấu trúc phức tạp tích hợp. Ví dụ: khi chế tạo khuôn cho vỏ hộp truyền động hybrid, Toyota đã sử dụng thiết bị LPBF lớn của Fraunhofer ILT và thép công cụ mới L-40 để chế tạo các miếng đệm khuôn có kênh nước làm mát hình xoắn ốc. Cấu trúc này giúp nhiệt độ của khuôn đồng đều hơn 40%, làm nguội nhanh hơn 30%, giảm độ co ngót của sản phẩm tới 67% và tăng tỷ lệ năng suất lên 98%.
2. Cải thiện cách thức hoạt động của vật liệu
Khi chế tạo thép công cụ in 3D, bạn cần khắc phục các vấn đề như nứt và lực căng dư. Thông qua công nghệ xung laser ngắn, Đại học Công nghệ AGH ở Ba Lan đã giảm được một nửa mật độ vết nứt của thép công cụ gia công nóng H11. Họ cũng đã kiểm soát hàm lượng austenite dư để giữ phạm vi dao động độ cứng ở mức ± 5HV. Desktop Metal cũng đã tạo ra công nghệ Single Shot Jet (SPJ), công nghệ này nhanh chóng tạo ra các nguyên mẫu của thép công cụ D2 bằng cách phun hỗn hợp bột kim loại và chất kết dính ở tốc độ cao. Nó in nhanh hơn 100 lần so với LPBF thông thường và mật độ vật liệu là 99,5%, giúp nó có khả năng chống mài mòn cao hơn các bộ phận được rèn thông thường.
3. Kết hợp nhiều cách khác nhau để tạo ra mọi thứ
Thép công cụ in 3D thường được thực hiện cùng với các kỹ thuật khác như gia công CNC và bắn tinh để tạo ra một quy trình duy nhất gọi là "trừ phụ gia". Ví dụ, Công ty Yisu sử dụng LPBF để in các bộ phận chức năng cốt lõi của khuôn, bao gồm cả các bộ phận làm mát phù hợp. Các bộ phận này sau đó được gia công chính xác bằng CNC tới độ nhám bề mặt Ra<0.4 μ m, which extends the life of the mold from 200,000 cycles to 500,000 cycles. This mode keeps the design freedom of 3D printing while still meeting the rigorous standards for accuracy and surface quality that molds need.
2, Nhu cầu trong ngành: từ "tùy chỉnh cao cấp" đến "ứng dụng quy mô"
1. Ngành công nghiệp ô tô: Nhẹ nhàng và tập trung vào việc hoàn thành công việc
Chi phí sản xuất khuôn ô tô chiếm từ 30% đến 40% toàn bộ chi phí phát triển ô tô và quá trình này có thể mất từ ​​6 đến 12 tháng. 3D việc in thép công cụ có thể giúp chu kỳ này ngắn hơn rất nhiều. Ví dụ, B&J Specialty sử dụng công nghệ LPBF để tạo khuôn chèn cho đường ống ô tô. Điều này giúp giảm thời gian chu trình làm mát từ 1 phút xuống 40 giây, tăng hiệu suất sản xuất lên 30% và kéo dài tuổi thọ của khuôn thêm 25%. Khi nhu cầu về phương tiện sử dụng năng lượng mới nhẹ tăng lên, việc sử dụng in 3D bằng thép công cụ trong các khuôn như giá đỡ bộ pin và vỏ động cơ cũng sẽ phát triển.
2. Lĩnh vực y tế: nhu cầu cụ thể và cá nhân
Khuôn y tế phải đáp ứng các tiêu chuẩn rất khắt khe, chẳng hạn như tương thích sinh học và rất chính xác. Thông qua thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết, in 3D bằng thép công cụ có thể tạo ra các khuôn vừa nhẹ vừa hữu ích. Ví dụ: một công ty nha khoa chế tạo khuôn thiết bị chỉnh nha vô hình bằng công nghệ μ-LPBF, có độ chính xác in là 2–5 μm. Tính nhất quán của việc phân bổ lực chỉnh nha được tăng cường 40% với thiết kế làm mát phù hợp và tỷ lệ thích ứng của bệnh nhân tăng từ 85% lên 98%. Hơn nữa, in 3D bằng thép công cụ cũng có thể được sử dụng để tạo ra các vật phẩm có giá trị cao{12}}như hướng dẫn phẫu thuật và khuôn dành cho bộ phận cấy ghép.
3. Điện tử tiêu dùng: Lặp lại nhanh và tạo ra các lô nhỏ
Đồ điện tử tiêu dùng có tuổi thọ ngắn và việc cập nhật khuôn mẫu diễn ra thường xuyên. Với in 3D bằng thép công cụ, bạn có thể nhanh chóng thực hiện quy trình "kiểm tra in thiết kế". Ví dụ: một nhà máy sản xuất khuôn sản phẩm 3C nào đó sản xuất khuôn khung điện thoại di động bằng LPBF. Điều này làm cho cấu trúc thoáng khí với lỗ mở 0,04mm ở khu vực xả, giảm 30% áp suất phun và tăng tuổi thọ khuôn lên 40%. Kỹ thuật này giúp doanh nghiệp nhanh chóng thích ứng với những thay đổi của thị trường và giảm thiểu nguy cơ có quá nhiều hàng tồn kho.
3, Đổi mới vật chất: Từ "Hiệu suất đơn lẻ" đến "Tích hợp đa chức năng"
1. Chế tạo thép dụng cụ mới
Các nhà cung cấp vật liệu đang sản xuất bột thép công cụ cụ thể do cách thức hoạt động của in 3D. Ví dụ: thép công cụ L-40 mà Fraunhofer ILT và Toyota cùng nghiên cứu tạo ra sự dung hòa tốt giữa độ cứng cao (HRC 52–55) và độ bền tốt bằng cách điều chỉnh lượng nguyên tố hợp kim như Cr, Mo và V. Vật liệu này có thể giữ được độ cứng 80% ngay cả ở nhiệt độ rất cao 600 độ, điều này rất phù hợp cho các công việc rất khó khăn như khuôn đúc áp suất cao.
2. Cấu trúc được làm từ nhiều vật liệu
In 3D bằng thép công cụ đang thay đổi từ việc chỉ sử dụng một vật liệu sang sử dụng nhiều vật liệu. Ví dụ, khi một công ty in khuôn bằng LPBF, họ phủ một lớp hợp kim đồng lên bề mặt khoang khuôn để làm nguội nhanh chóng vì đồng có tính dẫn nhiệt cao. Thép công cụ được sử dụng trong thân chính để đảm bảo nó chắc chắn. Cấu trúc hỗn hợp này giúp khuôn có tuổi thọ lâu hơn 60% và loại bỏ nhu cầu thực hiện thêm bất kỳ công việc khảm nào.
3. Sử dụng vật liệu thông minh
Có thể thực hiện-giám sát thời gian thực và điều khiển thích ứng khuôn khi sử dụng cảm biến cùng với tính năng in 3D bằng thép công cụ. Ví dụ: một công ty y tế đặt cảm biến nhiệt độ bên trong khuôn in LPBF-và sử dụng thuật toán AI để thay đổi các thông số tiêm trong thời gian thực. Điều này làm cho sản phẩm ổn định hơn 50%. Trong tương lai, khuôn in 3D bằng thép công cụ sẽ có thể tự-điều chỉnh và tự-sửa chữa nhờ các vật liệu thông minh như hợp kim ghi nhớ hình dạng và vật liệu{10}}tự phục hồi.