Ưu điểm của thép không gỉ martensitic trong in khuôn 3D là gì?

一, Tính khả thi về mặt kỹ thuật: Chuyển từ phòng thí nghiệm sang dây chuyền sản xuất
1. Bao phủ toàn bộ hệ thống vật liệu
In 3D kim loại hiện có thể hoạt động với tất cả các vật liệu thường được sử dụng để làm khuôn. Ví dụ, công nghệ nấu chảy bột bằng laser (LPBF) có thể in các vật liệu khuôn cổ điển bao gồm thép công cụ H13, thép khuôn P20 và thép martensitic 1.2709. Bằng cách tinh chỉnh-các cài đặt quy trình, các thước đo quan trọng như độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn của các bộ phận được in đã khớp hoặc vượt quá các thông số kỹ thuật dành cho vật liệu rèn. Ví dụ, một công ty đã sử dụng công nghệ LPBF để tạo lỗ khuôn bằng thép H13. Độ cứng tăng lên 52HRC sau khi xử lý nhiệt và tuổi thọ mỏi nhiệt dài hơn 40% so với xử lý thông thường. Nó có thể xử lý hơn 500.000 chu kỳ ép phun.
In 3D kim loại đã cho thấy có những lợi ích đặc biệt trong lĩnh vực vật liệu cụ thể. Vì mọi người muốn những vật liệu vừa có tính dẫn điện cao vừa có khả năng chống ăn mòn nên công ty đã tạo ra quy trình in hợp kim dựa trên đồng-. Quá trình này có hệ số dẫn nhiệt lên tới 380W/(m · K), cao hơn 25% so với khuôn đồng berili truyền thống. Bởi vì mọi người muốn vật liệu nhẹ, công nghệ in hợp kim nhôm và hợp kim titan có thể giảm trọng lượng khuôn từ 30% đến 50% trong khi vẫn giữ được độ bền của cấu trúc.
2. Tiến độ không giới hạn về độ phức tạp của cấu trúc
Việc chế tạo khuôn truyền thống bị hạn chế bởi các giới hạn hình học của quá trình xử lý trừ. Để tạo ra các cấu trúc phức tạp, phải sử dụng các phương pháp như tách, nối và hàn, điều này làm cho khuôn kém chính xác và rút ngắn tuổi thọ của chúng. In 3D kim loại có thể tạo ra bất kỳ hình dạng phức tạp nào ngay lập tức, đặc biệt là những hình dạng mới như kênh làm mát phù hợp, thép thoáng khí và lấp đầy ma trận điểm.
Ví dụ: các phương pháp khoan truyền thống chỉ có thể tạo các kênh nước có hình dạng đường thẳng hoặc đường đơn giản. Ngược lại, in 3D có thể tạo ra các kênh nước không đều như hình xoắn ốc, cành cây và hình dạng gân lá mô phỏng sinh học, có thể cải thiện hiệu quả làm mát hơn 40%. Sau khi sử dụng thiết kế kênh tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho khuôn cho dải trang trí cho khung cửa ô tô, thời gian để tạo ra một mảnh đã tăng từ 120 giây lên 75 giây và tỷ lệ năng suất tăng từ 89% lên 98%. Các công ty sản xuất thép thoáng khí đã có thể quản lý chính xác khẩu độ 0,04mm bằng công nghệ in lớp xốp. Điều này đã tăng gấp ba lần hiệu suất xả của khuôn và khắc phục các vấn đề như đường hàn và bong bóng xảy ra khi khí bị kẹt.
3. Không ngừng nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác
Công nghệ in 3D kim loại thời kỳ đầu gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu-có độ chính xác cao của việc chế tạo khuôn vì lực liên kết giữa các lớp không đủ mạnh và bề mặt quá thô. Nhưng vấn đề này đã được khắc phục nhờ tiến bộ kỹ thuật. Hiện tại, máy in 3D kim loại-cao cấp có thể tạo ra các bộ phận có độ chính xác về chiều là ± 0,05 mm và độ nhám bề mặt Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 μm. Khi được sử dụng cùng với quá trình đánh bóng, phun cát và các bước khác, nó có thể làm cho bề mặt mịn như gương.
Ví dụ: công nghệ TrueShape của Mantle sử dụng kết hợp "gia công CNC 3-trục+vẽ và in+thiết kế phần mềm" để tạo các hốc khuôn rất chính xác. Quá trình này in ra một khoang khuôn thép H13 có độ nhám bề mặt Ra chỉ 0,8 μm, nghĩa là nó có thể được sử dụng để ép phun có độ bóng cao ngay lập tức mà không cần phải đánh bóng trước. Công nghệ này cũng cho phép in bằng hỗn hợp nhiều-chất liệu, có thể phủ lớp phủ chống mài mòn lên bề mặt khuôn. Điều này có thể làm cho khuôn tồn tại lâu hơn ba lần so với các phương pháp truyền thống.
2, Thực hành công nghiệp: Từ thử nghiệm ý tưởng đến sử dụng chúng trên quy mô lớn
1. Khuôn mẫu ô tô: cuộc cách mạng kép về chi phí và hiệu quả
In 3D kim loại đã vượt ra ngoài giai đoạn xác minh ý tưởng để sử dụng ở quy mô lớn-trong lĩnh vực khuôn mẫu ô tô. Một công ty sản xuất ô tô sử dụng công nghệ LPBF để chế tạo khuôn cho đầu xi lanh động cơ. Chu kỳ ép phun ngắn hơn 37,2% và giá thành của từng hạng mục thấp hơn 22% khi thiết kế kênh nước làm mát phù hợp được cải thiện. Điều ấn tượng hơn nữa là công nghệ này có thể “đúc khuôn một lần” mà không cần phải đợi khuôn mở ra. Điều này giúp giảm thời gian phát triển sản phẩm mới từ 6 tháng xuống còn 2 tháng và tăng tốc thời gian phản ứng trên thị trường lên rất nhiều.
In 3D kim loại cũng có tác dụng tuyệt vời trong việc chế tạo các khuôn nhẹ. Một công ty xe năng lượng mới nào đó chế tạo khuôn khay ắc quy bằng công nghệ in hợp kim nhôm. Trọng lượng của khuôn được cắt giảm 45% và năng lượng sử dụng cho quá trình ép phun được cắt giảm 18% mà vẫn giữ được độ bền của khuôn. Khuôn đã trải qua 200.000 chu kỳ ép phun và hoạt động tốt và đáng tin cậy.
2. Khuôn y tế: cách tốt nhất để làm mọi thứ chính xác như bạn muốn
Ngành y tế cần những khuôn mẫu rất cụ thể và mang tính cá nhân hóa, và in 3D kim loại là cách tốt nhất để làm điều đó. Một công ty sản xuất khuôn cho bộ phận cấy ghép chỉnh hình sử dụng công nghệ in hợp kim crom coban để tạo ra các khuôn dành riêng cho từng bệnh nhân. Một mô hình kỹ thuật số của khuôn được tạo ra ngay lập tức bằng cách lấy dữ liệu xương từ bệnh nhân thông qua chụp CT. Khuôn có thể chính xác đến 0,02 mm sau khi in 3D, có nghĩa là nó vừa khít với cơ thể bệnh nhân một cách chính xác. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong hơn 5000 ca phẫu thuật và giúp giảm 30% thời gian bệnh nhân hồi phục sau phẫu thuật và số biến chứng xuống dưới 1%.
In 3D kim loại cũng có những lợi ích khác biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu thiết bị y tế. Một công ty nào đó chế tạo khuôn stent tim bằng công nghệ in hợp kim titan. Nguy cơ huyết khối giảm đi đáng kể bằng cách làm cho bề mặt khoang khuôn càng mịn càng tốt, điều này làm giảm độ nhám bề mặt của ống đỡ động mạch Ra xuống Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2 μm. Khuôn này đã được FDA chứng nhận và là khuôn stent tim in 3D{6}}đầu tiên trên thế giới.
3. Khuôn hàng không vũ trụ: cách sử dụng tốt nhất các vật liệu hiệu suất cao-
Ngành công nghiệp máy bay cần những khuôn có thể chịu được nhiệt độ cao, rất bền và rất nhẹ. In 3D kim loại là một cách mới để làm điều này. Một công ty nào đó chế tạo khuôn cho cánh động cơ máy bay bằng công nghệ in hợp kim dựa trên niken-. Trọng lượng của khuôn được giảm 35% bằng cách tối ưu hóa cấu trúc làm đầy lưới và nó vẫn ổn định ở nhiệt độ cao 1200 độ. Khuôn đã trải qua thử nghiệm chu kỳ nhiệt năm 2000 và hiệu suất của nó tốt hơn nhiều so với các khuôn đúc thông thường.
In 3D kim loại cũng hoạt động rất tốt để làm khuôn cho các bộ phận vệ tinh. Một công ty sản xuất khuôn giá đỡ vệ tinh bằng công nghệ in hợp kim nhôm. Bằng cách sử dụng thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết, trọng lượng của khuôn được giảm 60% trong khi vẫn có thể giữ được trọng lượng của chúng, giúp giảm chi phí phóng tên lửa. Khuôn này đã được sử dụng để chế tạo hơn 10 vệ tinh và nó hoạt động tốt và ổn định.