La duresa dels motlles metàl·lics d'impressió 3D pot complir els requisits per a una producció d'alta-consistencia?

1. Escollir el material adequat: Suport inferior fet de pols metàl·lic amb una alta tenacitat
El material en si determina com de dur són els motlles d'impressió 3D de metall. L'acer per a eines, l'acer inoxidable, els aliatges durs i els aliatges especials són els materials més comuns per als motlles d'impressió 3D en aquests moments. Tenen un rang de duresa de 20 a 70 HRC, el que significa que es poden utilitzar en una varietat de situacions.
L'acer per eines, com H13 i A2, té una duresa de HRC 40–60 després del tractament tèrmic. És robust i resistent al desgast, per la qual cosa és adequat per a situacions d'-estrès alt, com ara motlles de fosa a pressió- i motlles de forja en calent. Per exemple, una empresa que fabrica peces d'automòbil empra motlles d'acer H13 impresos en 3D que són durs HRC 52 després del tractament tèrmic. Aquests motlles funcionen igual de bé que els motlles de forja tradicionals i duren tres vegades més.
L'acer inoxidable 316L té una duresa d'aproximadament HRC 20–30, però ajustant la configuració d'impressió i el post{3}}processament, la seva duresa es pot augmentar a més de HRC 40 tot i ser molt resistent a la corrosió. Això fa que sigui bo per a àrees on la higiene és molt important, com els envasos d'aliments i els dispositius mèdics.
Aliatge dur: WC Co (cobalt de carbur de tungstè) és un material típic per a situacions de desgast extrem com matrius de perforació i matrius de dibuix. Té una duresa de fins a HRC 55–70 i és més de 10 vegades més resistent al desgast-que l'acer per a eines. Una determinada empresa que fabrica peces elèctriques utilitza motlles d'aliatge resistent impresos en 3D-per duplicar la freqüència de perforació, de 500.000 vegades a 2 milions de vegades.
3D printing can make fine-grained structures in special alloys like Inconel 718 nickel-based alloy. These structures are 20% harder than those made by traditional casting. They also stay strong at high temperatures (strength retention rate>90% a 650 graus), per això s'utilitzen molt en motlles per a discos de turbina de motor d'aviació.
2. Optimització de processos: control precís des de la "impressió" fins a la "formació"
La duresa del metall No només el material, sinó també la gestió exacta dels paràmetres del procés són importants per a la impressió 3D. Per exemple, la tecnologia de fusió per làser selectiva (SLM) augmenta la duresa optimitzant els següents paràmetres importants:
Control of energy density: The quality of the molten pool is directly affected by the strength of the laser, the speed of the scan, and the size of the spot. When the energy density is low, the material may become more porous (15% less hard when>1%), i quan és alt, pot trencar-se. Un estudi demostra que quan s'imprimeix acer inoxidable 316L amb una potència làser de 150 W i una velocitat d'escaneig de 800 mm/s, la porositat es manté per sota del 0,3% i la duresa arriba a HRC 38, que és gairebé la mateixa que la dels forjats.
Força d'unió entre capes: es pot fer un fort enllaç metal·lúrgic entre capes canviant els procediments d'escaneig (com l'escaneig de taulers d'escacs i l'escaneig d'illa) i el gruix de la capa (20-50 μ m). Per exemple, una determinada empresa d'aviació imprimeix motlles de pales de turbina Ti6Al4V amb un gruix de capa de 30 μm i una força d'unió entre capes de 450 MPa, que és un 20% més fort que els mètodes anteriors.
Setting the cooling rate: Rapid cooling (>10 ^ 4 graus /s) pot crear una estructura de gra-fin (com la martensita) que fa que el material sigui molt més dur. Utilitzant la tecnologia L-PBF, l'equip de la City University of Hong Kong va imprimir un aliatge Al Mg Mn Sc Zr. Van utilitzar el mecanisme d'enfortiment nano-besson per augmentar la resistència a 656MPa mantenint la ductilitat al 12%.
3. Tecnologia de post-processament: l'últim pas per millorar la duresa
La impressió 3D no és el final; La tecnologia de post-processament és la part més important per endurir els motlles.
Tractament tèrmic: canvi de l'estructura de la gelosia mitjançant el recuit, l'extinció o l'envelliment. Per exemple, després d'envellir a 480 graus, la duresa d'un motlle d'acer martensític 18Ni300 imprès en 3D va passar de HRC 38 a HRC 52. Això va eliminar l'estrès residual i va fer que fos menys probable que es trenqués.
Per fer la superfície més dura, podeu utilitzar granallat, nitruració o revestiment làser. Un cert -fabricant de motlles de fosa a pressió va utilitzar el granallat per imprimir motlles d'acer H13 en 3D. Això va fer que la superfície sigui més dura (de HRC 50 a HRC 58) i les va fer un 40% més resistents al desgast.
Pressió isostàtica en calent (HIP): s'utilitza alta pressió (100–200 MPa) i alta temperatura (900–1200 graus) per desfer-se dels porus interns i aconseguir la densitat del material propera al 100%. El motlle Inconel 718 que es va tractar amb HIP és un 30% més dur i dura cinc vegades més que el motlle que no va ser tractat.
4. Ús industrial: proves des del laboratori fins a la línia de fabricació
El benefici de duresa dels motlles metàl·lics d'impressió 3D s'ha confirmat en diverses àrees:
GE Aviation utilitza motlles de broquet de combustible Inconel 718 impresos en 3D- amb una duresa de HRC 45. Aquests motlles són un 15% més lleugers que les peces de fosa estàndard i poden suportar altes temperatures i pressions.
Fabricació de cotxes: BMW Group fabrica blocs de cilindres de motor d'aliatge d'alumini amb motlles d'acer i eines d'impressió 3D. La duresa del motlle és HRC 50, i dura més de 100.000 vegades, la qual cosa redueix el cost de cada peça en un 40%.
Johnson & Johnson utilitza motlles d'implants ortopèdics d'aliatge de crom cobalt impresos en 3D-que són durs HRC 60 i Ra.<0.2 μ m rough on the surface. These moulds meet both biocompatibility and wear resistance standards.