In 3D kim loại trong ngành khuôn mẫu có đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng quốc tế không?

1. Xây dựng và phát triển hệ thống tiêu chuẩn quốc tế
Quá trình tiêu chuẩn hóa toàn cầu cho sản xuất bồi đắp đã tạo ra mô hình "truyền động đường kép". Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) và Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) đã hợp tác để tạo ra tiêu chuẩn ISO/ASTM 52900:2025. Tiêu chuẩn này đặt ra khung đặc tả quy trình đầy đủ cho kim loại, polyme và vật liệu sinh học. Tiêu chuẩn này nêu rõ rằng hơn 90% công nghệ phổ biến, như cài đặt in, kiểm tra chất lượng và tiêu chuẩn an toàn, phải giống nhau trên toàn thế giới. Điều này mang lại cho ngành công nghiệp khuôn mẫu một ngôn ngữ kỹ thuật cơ bản.
Các tiêu chuẩn dòng NAS hiện nay là "quy tắc vàng" cho các khuôn mẫu hàng không vũ trụ trong thế giới chuyên nghiệp. Tiêu chuẩn NAS410 quy định rằng kích thước hạt và ứng suất dư của khuôn hợp kim titan phải được giữ trong giới hạn nhất định. Ví dụ: kích thước hạt phải được giữ trong khoảng 5{11}}8 mức theo tiêu chuẩn ASTM E112 và ứng suất dư không được lớn hơn 30% cường độ chảy của vật liệu. Sau 100.000 chu kỳ tải ở nhiệt độ 650 độ, NAS9302 thiết lập một thử nghiệm cụ thể về hiệu suất mỏi nhiệt của khuôn hợp kim nhiệt độ cao. Tốc độ lan truyền vết nứt phải nhỏ hơn 0,1 mm/chu kỳ.
Hệ thống tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc đang ngày càng hoàn thiện hơn. "Thông số kỹ thuật cho các bộ phận hợp kim titan nóng chảy trên giường bột bằng laser trong sản xuất bồi đắp" (GB/T 45868-2025) có hiệu lực vào năm 2025 sẽ nâng yêu cầu về mật độ đối với khuôn hợp kim titan lên trên 99,95% và giữ độ nhám bề mặt Giá trị Ra dưới 3,2 μm. Các tiêu chuẩn này hoạt động với hệ thống ISO/ASTM để cung cấp cho các doanh nghiệp xuất khẩu khuôn mẫu hai cách để đảm bảo họ tuân thủ các quy tắc.
2. Bước tiến lớn trong việc chuẩn hóa tính chất của vật liệu
Chất lượng của vật liệu là yếu tố tạo nên sự hoạt động của khuôn. Tiêu chuẩn ASTM F75 giới hạn nghiêm ngặt lượng niken trong hợp kim crom coban, thường được sử dụng trong khuôn cấy ghép y tế, ở mức <0,1% và lượng vonfram ở mức 15–20%. Để đảm bảo bột trải đều, chỉ số độ chảy của bột hình cầu được tạo ra bằng nguyên tử hóa phải từ 45s/50g trở lên. Một-nhà sản xuất khuôn nha khoa quốc tế nổi tiếng sử dụng bột crom coban đáp ứng tiêu chí này. Điều này làm giảm sai số vừa khít cạnh của khuôn mão răng từ 50 μm xuống 15 μm, đây là cách điển hình để chế tạo chúng.
Trong ngành hàng không vũ trụ, khuôn làm bằng hợp kim niken Inconel 718{1}}phải đáp ứng thông số kỹ thuật AMS 5662. Tiêu chuẩn này quy định rằng độ bền kéo phải nằm trong khoảng từ 1170 đến 1275 MPa ở 704 độ và kích thước của các cacbua ranh giới hạt không được lớn hơn 5 μm. Một công ty chế tạo khuôn cho cánh động cơ máy bay đã điều chỉnh mật độ năng lượng laser để đạt được kích thước hạt cấp 7 theo tiêu chuẩn ASTM E112 cho khuôn hợp kim 718. Điều này làm cho khuôn tốt hơn nhiều ở nhiệt độ cao.
3. Thực hành kiểm soát quá trình một cách chính xác
Trong chế tạo khuôn, các tiêu chuẩn về độ chính xác về kích thước rất nghiêm ngặt. Thông qua công nghệ điều khiển bể tan chảy động, phương pháp SLM có thể giữ độ chính xác về kích thước của khoang khuôn trong phạm vi ± 0,05mm. Một công ty sản xuất khuôn cho ô tô sử dụng thiết bị SLM laser để làm khuôn đúc hợp kim nhôm. Bằng cách thay đổi mật độ năng lượng laser theo thời gian thực, sai số độ thẳng của bề mặt khuôn giảm từ 0,1mm xuống 0,03mm, đáp ứng tiêu chí độ chính xác cấp một của tiêu chuẩn DIN 8760.
Việc tiêu chuẩn hóa các kỹ thuật xử lý nhiệt cũng rất quan trọng. Khuôn inox 17-4PH phải đạt tiêu chuẩn AMS 2759/3A, trong đó quy định sau khi ủ ở nhiệt độ 482 độ trong 4 giờ phải có độ cứng HRC 42-45. Một nhà sản xuất khuôn mẫu chính xác đã tạo ra một cơ sở dữ liệu về xử lý nhiệt giúp giữ tốc độ thay đổi kích thước của khuôn trong khoảng ± 0,02%. Điều này giải quyết vấn đề phế liệu khuôn phát sinh do biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt theo kỹ thuật truyền thống.
4. Đổi mới kỹ thuật số trong kiểm tra và chứng nhận
Hệ thống đánh giá chất lượng đang thay đổi do công nghệ thử nghiệm không phá hủy. Theo tiêu chuẩn ISO/ASTM 52929:2025, CT công nghiệp phải được sử dụng để tìm ra các khuyết tật bên trong khuôn kim loại, với đường kính tương đương khuyết tật không quá 0,2mm. Một công ty khuôn mẫu đã nghĩ ra công nghệ phát hiện CT có sự hỗ trợ của AI{6}} giúp tìm ra các vết nứt dễ dàng hơn. Giờ đây, nó có thể tìm thấy các vết nứt nhỏ tới 0,05 mm và hiệu quả hơn 80% so với thực hiện bằng tay.
Tiêu chuẩn mới chủ yếu là về thử nghiệm cơ học động. Tiêu chuẩn ASTM F42.01 dành cho cấy ghép y tế nói rằng khuôn phải trải qua 10^7 chu kỳ mỏi và tốc độ lan truyền vết nứt phải tuân theo công thức Paris. Máy kiểm tra độ mỏi cộng hưởng điện từ được một nhà sản xuất khuôn cấy ghép chỉnh hình sử dụng để cắt chu kỳ thử nghiệm từ ba tháng xuống còn hai tuần và giữ cho dữ liệu thử nghiệm không chính xác trong khoảng ± 5%.