Làm thế nào để chọn vật liệu in 3D kim loại phù hợp để sản xuất khuôn mẫu?

1. Lựa chọn vật liệu được xác định theo các tình huống ứng dụng: nhu cầu đa dạng về ép phun và đúc khuôn
Các yếu tố chính quyết định vật liệu sẽ sử dụng là loại khuôn và cách sử dụng nó. các quy trình đa dạng có nhu cầu khá đa dạng về tính chất vật liệu:
Khuôn ép phun cần có khả năng xử lý nhiệt độ và áp suất cao của nhựa nóng chảy. Vật liệu phải có khả năng dẫn nhiệt tốt, chống ăn mòn và chịu được hiện tượng mỏi nhiệt. Ví dụ, khuôn bên trong ô tô sử dụng bột thép không gỉ 316L và việc xây dựng kênh nước làm mát phù hợp giúp rút ngắn chu kỳ ép phun từ 120 giây xuống 75 giây, nâng hiệu suất lên 98%. Bột thép khuôn XM-7 có độ dẫn nhiệt 30W/(m · K), có thể tăng tốc độ làm mát sản phẩm và thúc đẩy quá trình ăn mòn hóa học. Điều này đáp ứng nhu cầu xử lý tốt các mẫu nông (độ sâu<0.12mm).
Khuôn đúc khuôn: Khuôn phải có khả năng xử lý-sự ăn mòn chất lỏng kim loại ở nhiệt độ cao và các chu kỳ ứng suất nhiệt. Vật liệu này cũng phải rất bền, chống mài mòn-và chống nứt do nhiệt. Do độ cứng xử lý nhiệt 50–52HRC, bột thép lão hóa martensitic 1.2709 (18Ni300) đã trở thành lựa chọn tốt nhất cho khuôn đúc hợp kim nhôm-. Việc sử dụng vật liệu này trong khuôn đúc{11}}của một xi lanh động cơ ô tô nhất định đã nâng cao tuổi thọ của khuôn từ 20.000 lần sử dụng lên 60.000 lần sử dụng và giảm 40% chi phí cho mỗi chiếc.
Khuôn lốp cao su: Các khối hoa văn cần phải rất chính xác và có khả năng chống mài mòn, đồng thời cần quản lý biến dạng nhiệt để giữ cho sản phẩm không bị nhấp nháy. Công nghệ SLM dùng để in khuôn bột thép không gỉ CX (Corrax) mang lại khả năng đánh bóng lên đến cấp độ A2. Trọng lượng của khuôn được giảm 30% nhờ hệ thống hỗ trợ lưới được tối ưu hóa và độ chính xác của việc sao chép mẫu được nâng cao trong phạm vi 0,01mm.
2. Phù hợp với đặc tính của vật liệu: Bốn chỉ báo chính đặt ra các giới hạn về hiệu suất.
Bốn khía cạnh phải được tính đến khi đánh giá hiệu suất của vật liệu khuôn: chất lượng cơ học, tính chất nhiệt, khả năng chống ăn mòn và khả năng thích ứng của quy trình.
Tính chất cơ học: Khả năng giữ trọng lượng của khuôn dựa trên độ bền kéo, cường độ chảy và độ giãn dài khi đứt. Ví dụ: bột 1.2709 có độ bền kéo là 2000MPa, điều này phù hợp cho các tình huống đúc khuôn-có nhiều ứng suất. 316Bột L có độ giãn dài khi đứt gãy là 45%, giúp phù hợp hơn cho các khuôn ép phun có thành mỏng-cần phải chắc chắn.
Nó hoạt động tốt như thế nào dưới nhiệt độ: Hiệu suất làm mát và độ ổn định kích thước bị ảnh hưởng bởi độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt. Thép khuôn XM-7 có độ dẫn nhiệt cao hơn 100% so với 316L. Điều này có thể rút ngắn đáng kể chu kỳ ép phun. Hợp kim Invar 36 (có hệ số giãn nở nhiệt 1,2 × 10⁻⁶/độ) được sử dụng cho khuôn quang học để giữ cho chúng không bị mất độ chính xác do biến dạng nhiệt.
Khả năng chống ăn mòn: Nếu bạn muốn bảo vệ khỏi các loại nhựa ăn mòn như PVC và PA, hãy chọn thép không gỉ có nồng độ crom cao. 316Bột L có 17% ​​crom, giúp giữ cho bề mặt mịn màng trong điều kiện ẩm ướt và giảm nhu cầu bảo trì.
Khả năng thích ứng của quy trình: Chất lượng của bản in bị ảnh hưởng bởi khả năng chảy, hàm lượng oxy và độ cầu của bột. Ví dụ, bột có phân bố kích thước hạt 15–53 μm có thể loại bỏ các khuyết tật giữa các lớp xảy ra khi bột trải đều. Độ bền va đập của bột 316L có hàm lượng oxy dưới 100PPM cao hơn 44% so với vật liệu thông thường, giúp kéo dài tuổi thọ của khuôn một cách đáng kể.
3. Khả năng thích ứng của quy trình: làm việc cùng nhau để cải tiến thiết bị và-xử lý hậu kỳ
Việc lựa chọn vật liệu phải được phối hợp cẩn thận với quy trình in và quy trình-xử lý hậu kỳ:
Khả năng tương thích của thiết bị: Các công nghệ in 3D kim loại khác nhau cần các vật liệu khác nhau. Quy trình SLM hoạt động tốt với các vật liệu có điểm nóng chảy cao, chẳng hạn như hợp kim titan và 1.2709. Phương pháp phun chất kết dính hoạt động hiệu quả hơn với các loại bột làm từ sắt-rẻ tiền. Ví dụ: một công ty nào đó đã sản xuất bột hợp kim nhôm ZY6061 có thể in ổn định trên thiết bị EOS M290 bằng cách cải thiện sự phân bố kích thước hạt và khả năng chảy. Điều này giải quyết vấn đề nứt ở hợp kim nhôm 6-series thông thường.
Cách xử lý nhiệt: Để loại bỏ lực căng dư và cải thiện cấu trúc vi mô của chúng, vật liệu in cần được gia nhiệt. Độ cứng của bột thép không gỉ 17-4PH có thể đạt tới 42HRC sau khi được ủ ở 480 độ, điều này cũng giúp loại bỏ các vết nứt khi in. Độ bền va đập của thép khuôn XM-7 có thể tăng lên 20J/cm 2 bằng cách sử dụng quy trình tôi phân loại, trong khi độ cứng của nó vẫn ở mức 30HRC.
Xử lý bề mặt: Tùy thuộc vào mục đích sử dụng của khuôn mà bạn có thể chọn mạ điện, phun cát hoặc đánh bóng hóa học. Ví dụ: khuôn giày cần sử dụng phương pháp mạ điện nano để tạo hiệu ứng gương và khuôn đúc-cần sử dụng phương pháp phun cát để làm cho bề mặt cứng hơn và dễ tháo lắp hơn.
4. Phân tích kinh tế: kiểm soát chi phí trong toàn bộ vòng đời
Lựa chọn vật liệu phải đạt được sự thỏa hiệp giữa hiệu suất và chi phí, đồng thời phải sử dụng đánh giá toàn bộ vòng đời để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả:
Chi phí vật liệu: Có sự chênh lệch lớn về giá giữa các vật liệu{0}}cao cấp. Đơn giá của bột 1.2709 là khoảng 800 nhân dân tệ/kg, gấp ba lần giá của loại 316L (260 nhân dân tệ/kg). Tuy nhiên, nó có thể bền hơn gấp ba lần so với thép H13 thông thường và nhìn chung rẻ hơn. Quy trình "ghép nền" có thể được sử dụng để in các vật liệu có hiệu suất cao-trên nền thép khuôn truyền thống dành cho{10}sản xuất quy mô nhỏ. Điều này làm giảm lượng vật liệu được sử dụng.
Hoạt động sản xuất tốt như thế nào: Vật liệu có độ dẫn nhiệt cao có thể tăng tốc chu kỳ ép phun và tận dụng thiết bị tốt hơn. Việc sử dụng bột XM{2}}7 trong một khuôn nhiều khoang y tế nhất định đã giúp giảm thời gian chế tạo một thành phần từ 45 giây xuống còn 30 giây. Giá trị của chiếc khuôn này đã tăng lên hơn 2 triệu nhân dân tệ mỗi năm.
Chi phí bảo trì: Vật liệu không bị ăn mòn có thể giúp bạn ít phải lau chùi thường xuyên hơn.. 316Khuôn L có thể giữ bề mặt phẳng ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, giúp giảm 60% chi phí bảo trì so với thép P20 thông thường.