Tuổi thọ của khuôn in 3D kim loại là gì?

1. Đổi mới vật liệu: Những ứng dụng mới cho hợp kim cường độ cao
Chất lượng của vật liệu là yếu tố quyết định độ bền của khuôn. Xử lý nhiệt và các khuyết tật bên trong hạn chế tuổi thọ mỏi của các loại thép khuôn điển hình như H13 và S136. Mặt khác, các vật liệu đặc biệt in 3D kim loại đã có những cải tiến lớn về hiệu suất bằng cách thay đổi thành phần và quy trình của chúng.
Thép cường độ siêu cao-CX (Corrax) và 1.2709 (18Ni300) được sử dụng trong công nghiệp: Độ bền kéo của hai vật liệu này là 1700MPa và 2000MPa, trong khi giới hạn chảy của chúng là hơn 1600MPa. Khi nói đến khuôn ép phun, CX có tuổi thọ ngang bằng thép S136; khi nói đến khuôn đúc khuôn, 1.2709 có độ bền tương đương với thép H13. Ví dụ: một công ty sản xuất xe điện sử dụng vật liệu 1.2709 để làm khuôn đúc khuôn cho vỏ bộ pin. Với thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết, trọng lượng của khuôn giảm 40% và tuổi thọ của khuôn dài hơn gần 80.000 lần, dài hơn 40% so với các phương pháp tiêu chuẩn.
Một bước tiến lớn về độ bền của hợp kim ở nhiệt độ-cao: Optisys chế tạo khuôn vòi phun bằng hợp kim đồng cho những trường hợp rất khắc nghiệt, chẳng hạn như đĩa tuabin cho động cơ máy bay, sử dụng công nghệ DMLS. Nó có thể xử lý các tác động ở nhiệt độ lên tới 3000 độ và có độ dẫn nhiệt 380W/(m · K). Tuổi thọ của nó dài hơn ba lần so với các phương pháp rèn thông thường.
Tùy chỉnh tạo ra các vật liệu đặc biệt
Hợp kim nhôm Al250C có tuổi thọ hơn 5000 giờ ở nhiệt độ cao 250 độ, dài gấp 50 lần so với hợp kim nhôm Scalmalloy. Nó đã được sử dụng rất nhiều trong các thành phần cấu trúc hàng không vũ trụ, nơi nó đã thay thế một số thành phần hợp kim titan để tiết kiệm tiền.
Shanghai Yisu Laser đã sản xuất Thép khuôn ESU-H13, một loại vật liệu bột mới. Bằng cách cải thiện cách trải cacbua, tuổi thọ của khuôn-đúc khuôn đã tăng từ 30.000 lần trong kỹ thuật truyền thống lên 60.000 lần.
2. Tối ưu hóa quy trình: kiểm soát toàn bộ dây chuyền từ thiết kế đến đúc khuôn
Chất lượng của vật liệu không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn mà còn ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình kiểm soát từ thiết kế đến đúc.
Thiết kế sáng tạo của kênh nước làm mát phù hợp
Các tính năng sản xuất theo lớp của in 3D kim loại giúp có thể tạo ra các kênh làm mát phù hợp tinh vi bên trong khuôn. Điều này làm cho nhiệt độ của khuôn đồng đều hơn, từ ± 15 độ đến ± 3 độ. Ví dụ: Broadcom Precision đã tạo khuôn-đúc khuôn cho thân xi lanh động cơ cho một công ty ô tô toàn cầu. Bằng cách tối ưu hóa việc sắp xếp kênh nước làm mát thông qua mô phỏng, thời gian chu kỳ đã giảm 35%, tỷ lệ cong vênh sản phẩm giảm từ 0,8% xuống 0,15%, tỷ lệ năng suất tăng lên 99,5% và tuổi thọ khuôn tăng hơn 100.000 lần.
Công nghệ in ghép hiện nay đang được sử dụng một cách thuần thục.
Công nghệ in ghép kết nối phần tử in 3D với đế để tạo ra các khuôn lớn một cách nhanh chóng và dễ dàng. Kinh nghiệm cho thấy rằng in ghép và in thông thường không làm cho khuôn bền lâu hơn, mặc dù chi phí thấp hơn 60%. Ví dụ, chức năng ghép tự động của Huashu High Tech có độ chính xác vị trí là 0,05 mm, giúp tăng tốc đáng kể tốc độ sản xuất.
Nâng cao độ chính xác của-thiết bị laser
Platinum BLT-S450 sử dụng bốn công nghệ quét đồng bộ bằng laser, giúp quá trình đúc khuôn hiệu quả hơn 300%. Công nghệ rải bột động còn giữ độ nhám bề mặt ở mức Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 6,3 μm, giúp giảm lượng công việc đánh bóng cần thiết sau này và giúp khuôn bền lâu hơn.
3. Công nghệ xử lý hậu kỳ: cách tốt nhất để đảm bảo hiệu suất ổn định
Tuổi thọ của khuôn in 3D kim loại bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các sai sót bên trong như độ xốp và thiếu sự kết hợp. -Kỹ thuật xử lý sau làm tăng đáng kể độ bền mỏi của khuôn bằng cách loại bỏ các sai sót và làm cho chúng có tổ chức hơn.
Sửa lỗi ép đẳng tĩnh nóng (HIP)
Công nghệ HIP đạt mật độ vật liệu gần 100% bằng cách sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao để loại bỏ các lỗ chân lông và vết nứt nhỏ bên trong. Ví dụ: một công ty hàng không đã sử dụng khuôn đĩa tuabin in 3D được xử lý bằng HIP-, khiến chúng có tuổi thọ cao hơn 200% so với các mẫu chưa được xử lý và dài hơn 95% so với quy trình rèn thông thường.
Kiểm soát chính xác quá trình xử lý nhiệt
Làm nguội và ủ: Bạn có thể đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa độ cứng và độ dẻo dai trong khuôn bằng cách điều chỉnh nhiệt độ gia nhiệt và tốc độ làm mát. Ví dụ, sau khi được tôi và tôi luyện, thép 1.2709 có độ cứng 50-52HRC và độ bền va đập CVN là 7J, đủ mạnh cho khuôn đúc khuôn.
Ủ giảm căng thẳng: Phương pháp này có thể loại bỏ lực căng dư bên trong khỏi các khuôn lớn và ngăn chúng khỏi bị nứt khi chúng đang được sử dụng. Ví dụ, các khuôn được sản xuất bởi thiết bị dòng Huashu High Tech FS273M, thay đổi hình dạng không quá 0,05mm sau khi được xử lý bằng ủ.
Sử dụng công nghệ một cách sáng tạo để làm cho bề mặt chắc chắn hơn
Tăng cường độ mài mòn của viên đạn: Khi-đạn tốc độ cao chạm vào bề mặt khuôn, chúng tạo ra một lớp ứng suất nén giúp khuôn cứng hơn chống mỏi. Ví dụ, vòng đời của một khuôn rèn cụ thể đã tăng từ 20.000 chu kỳ lên 50.000 chu kỳ sau khi xử lý phun mài.
Mạ crom cứng hóa học: Thêm một lớp crom cứng dày 0,02 đến 0,05 mm lên bề mặt khuôn. Điều này giúp nó có khả năng chống mài mòn cao gấp ba lần và phù hợp cho các tình huống-có độ mài mòn cao.
4. Ví dụ về cách sử dụng phổ biến: minh chứng cho bước đột phá về tuổi thọ của ngành
Ngành ô tô: Bước tiến lớn của Broadcom Precision trong lĩnh vực khuôn đúc-
Bộ chèn khuôn đúc tích hợp in 3D của Broadcom Precision-có tuổi thọ hơn 50.000 chu kỳ, có thể chịu được tác động 22J và có tỷ lệ sản phẩm 100%. Một hãng xe hơi trên thế giới đã sử dụng khuôn này để làm vỏ hộp ắc quy. Nó cắt giảm 75% chi phí của mỗi đơn vị và giảm thời gian giao hàng từ 11 tháng xuống còn 2 tháng.
Hàng không vũ trụ: Khuôn mẫu cho động cơ tên lửa cho Không gian Tương đối
Relativity Space chế tạo khuôn vòi phun hợp kim đồng in 3D bằng thiết bị EOS M400. Những khuôn này khắc phục vấn đề hợp kim đồng quá phản chiếu bằng cách sử dụng công nghệ laser xanh. Tuổi thọ đáp ứng yêu cầu của dự án Starship của SpaceX là một chiếc mỗi tuần và chi phí cho mỗi lần phóng giảm 30%.
Tối ưu hóa khuôn mẫu chính xác của Xiaomi Technology cho thiết bị điện tử tiêu dùng
Xiaomi Technology và Yisu Laser đang hợp tác để tạo khuôn-đúc khuôn cho khung điện thoại di động bằng vật liệu ESU-H13. Khuôn có tuổi thọ cao hơn 120.000 lần so với phương pháp truyền thống do hệ thống AI tối ưu hóa cấu trúc của kênh nước làm mát. Điều này cho phép Xiaomi xuất xưởng hơn 50 triệu thiết bị thuộc dòng 14 mỗi năm.
5. Xu hướng và vấn đề trong ngành
Công nghệ in Fusion Trend AI{0}}D: Phần mềm Siemens NX sử dụng thuật toán AI để tự động tạo bố cục kênh nước làm mát tốt nhất. Điều này cắt giảm chu kỳ thiết kế từ 72 giờ xuống còn 8 giờ.
Phụ gia và Hỗn hợp Phụ gia: Thiết bị LASERTEC 65 3D Hybrid của DMG MORI kết hợp "in" và "phay" với độ nhám bề mặt Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 μm.
Nút thắt cổ chai để sử dụng trên quy mô lớn
Chi phí nguyên liệu: Bột thép không gỉ 316L vẫn có giá lên tới 500 USD mỗi kg, cao gấp 5 đến 8 lần so với các vật liệu rèn khác.
Thiếu tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn ISO/ASTM 52900 chỉ bao gồm 30% ứng dụng khuôn và các yêu cầu kiểm tra đối với khuôn có kết cấu phức tạp cần được cập nhật ngay.
Khoảng cách nhân tài: Ngành khuôn mẫu toàn cầu cần thêm 120.000 kỹ sư in 3D và phải mất 3 đến 5 năm để đào tạo những tài năng tổng hợp mới.