Ako si vybrať vhodné kovové 3D tlačové materiály na výrobu foriem?

1. Výber materiálu určený aplikačnými scenármi: rôzne potreby pre vstrekovanie a tlakové liatie
Hlavnými faktormi, ktoré určujú materiál, ktorý sa má použiť, sú typ formy a spôsob jej použitia. Rozličné procesy majú celkom odlišné požiadavky na materiálové vlastnosti:
Vstrekovacia forma musí byť schopná zvládnuť vysokú teplotu a tlak roztaveného plastu. Materiál by mal byť schopný dobre viesť teplo, odolávať korózii a tepelnej únave. Napríklad vnútorná forma automobilu využíva prášok z nehrdzavejúcej ocele 316L a konštrukcia konformného kanála chladiacej vody skracuje cyklus vstrekovania zo 120 sekúnd na 75 sekúnd, čím sa miera výťažnosti zvyšuje na 98 %. Prášková oceľ XM-7, ktorá má tepelnú vodivosť 30 W/(m · K), môže urýchliť chladenie produktov a podporiť proces chemickej korózie. To spĺňa potreby jemného spracovania plytkých vzorov (hĺbka<0.12mm).
Forma na tlakové liatie: Musí byť schopná zvládnuť eróziu kovov pri vysokej teplote a cykly tepelného namáhania. Materiál musí byť tiež veľmi trvanlivý, odolný proti opotrebeniu-a odolný voči praskaniu vplyvom tepla. Vďaka svojej tvrdosti pri tepelnom spracovaní 50–52HRC sa prášok martenzitickej starnutej ocele 1,2709 (18Ni300) stal najlepšou voľbou pre formy na tlakové liatie z hliníkovej zliatiny-. Použitím tohto materiálu vo forme{11} na odlievanie určitého valca automobilového motora sa predĺžila životnosť formy z 20 000 použití na 60 000 použití a náklady na kus sa znížili o 40 %.
Forma na gumené pneumatiky: Bloky vzorov musia byť veľmi presné a odolné voči opotrebovaniu a musia zvládnuť tepelnú deformáciu, aby produkt neblikal. Technológia SLM použitá na potlač práškovej formy CX (Corrax) z nehrdzavejúcej ocele jej dáva schopnosť leštenia až do úrovne A2. Hmotnosť formy je znížená o 30 % vďaka optimalizovanému systému podpory mriežky a presnosť replikácie vzoru je zvýšená na 0,01 mm.
2. Zosúladenie vlastností materiálu: Štyri hlavné indikácie stanovujú limity pre výkon.
Pri hodnotení vlastností formovacích materiálov je potrebné vziať do úvahy štyri aspekty: mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti, odolnosť proti korózii a prispôsobivosť procesu.
Vlastnosti mechaniky: Schopnosť formy udržať hmotnosť je založená na jej pevnosti v ťahu, medze klzu a predĺžení pri pretrhnutí. Napríklad prášok 1.2709 má pevnosť v ťahu 2 000 MPa, vďaka čomu je vhodný pre tlakové -odlievacie situácie s veľkým namáhaním. 316 Prášok L má lomové predĺženie 45 %, vďaka čomu je lepší pre tenkostenné vstrekovacie formy, ktoré musia byť pevné.
Ako dobre funguje v teple: Účinnosť chladenia a rozmerovú stabilitu ovplyvňuje tepelná vodivosť a koeficient tepelnej rozťažnosti. Formovacia oceľ XM-7 má tepelnú vodivosť, ktorá je o 100% vyššia ako 316L. To môže značne skrátiť cyklus vstrekovania. Zliatina Invar 36 (s koeficientom tepelnej rozťažnosti 1,2 × 10⁻⁶/stupeň) sa používa na optické formy, aby nestratili presnosť v dôsledku tepelnej deformácie.
Odolnosť proti korózii: Ak chcete chrániť pred korozívnymi plastmi, ako sú PVC a PA, vyberte si nehrdzavejúcu oceľ s vysokou koncentráciou chrómu. 316L prášok obsahuje 17 % chrómu, ktorý pomáha udržiavať povrchy hladké vo vlhkých podmienkach a znižuje potrebu údržby.
Prispôsobivosť procesu: Kvalita tlače je ovplyvnená tekutosťou prášku, obsahom kyslíka a sférickosťou. Napríklad prášky s distribúciou veľkosti častíc 15 – 53 μm môžu eliminovať chyby medzivrstvy, ku ktorým dochádza, keď sa prášok šíri nerovnomerne. Rázová húževnatosť prášku 316L s obsahom kyslíka menej ako 100PPM je o 44% vyššia ako u bežných materiálov, čo výrazne predlžuje životnosť formy.
3. Adaptabilita procesu: spolupráca na zlepšení vybavenia a následného{1}}spracovania
Výber materiálov musí byť starostlivo koordinovaný s procesom tlače a tokom následného{0}}spracovania:
Kompatibilita zariadení: Rôzne technológie kovovej 3D tlače vyžadujú rôzne materiály. Proces SLM funguje dobre s materiálmi, ktoré majú vysoký bod topenia, ako sú zliatiny titánu a 1,2709. Metóda tryskania spojiva funguje lepšie s lacnými práškami-na báze železa. Napríklad istá spoločnosť vyrobila prášok z hliníkovej zliatiny ZY6061, ktorý možno stabilne tlačiť na zariadení EOS M290 zlepšením distribúcie veľkosti častíc a tekutosti. To rieši problém praskania v bežných hliníkových zliatinách radu 6.
Ako tepelne spracovať: Na zbavenie sa zvyškového napätia a zlepšenie ich mikroštruktúry je potrebné tlačené materiály zahriať. Tvrdosť prášku z nehrdzavejúcej ocele 17-4PH môže dosiahnuť 42 HRC po starnutí pri 480 stupňoch, čo tiež zbaví praskliny pri tlači. Rázová húževnatosť formovacej ocele XM-7 sa môže zvýšiť na 20 J/cm ² pomocou postupu odstupňovaného kalenia, pričom jej tvrdosť zostáva na 30 HRC.
Povrchová úprava: Podľa toho, na čo je forma určená, si môžete vybrať galvanické pokovovanie, pieskovanie, alebo chemické leštenie. Napríklad formy na topánky musia používať nano galvanické pokovovanie, aby získali zrkadlový efekt, a formy na tlakové liatie- musia používať pieskovanie, aby bol povrch drsnejší a ľahšie sa odstránil.
4. Ekonomická analýza: kontrola nákladov počas celého životného cyklu
Výber materiálu musí dosiahnuť kompromis medzi výkonom a nákladmi a hodnotenie celého životného cyklu sa musí použiť na zníženie nákladov a zvýšenie efektívnosti:
Cena materiálov: Medzi špičkovými-materiálmi je veľký rozdiel v cene. Jednotková cena prášku 1,2709 je približne 800 juanov/kg, čo je trojnásobok ceny 316 l (260 juanov/kg). Vydrží však trikrát dlhšie ako bežná oceľ H13 a celkovo je lacnejšia. Postup „vrúbľovania základne“ možno použiť na tlač vysokovýkonných{9}}materiálov na tradičné formovacie oceľové základne pre-výrobu. Tým sa zníži množstvo použitého materiálu.
Ako dobre funguje výroba: Materiály s vysokou tepelnou vodivosťou môžu urýchliť cykly vstrekovania a lepšie využiť vybavenie. Použitie prášku XM-7 v určitej lekárskej viacdutinovej forme skrátilo čas potrebný na výrobu jedného komponentu zo 45 sekúnd na 30 sekúnd. Hodnota formy vzrástla o viac ako 2 milióny juanov ročne.
Náklady na údržbu: Materiály, ktoré nekorodujú, môžu spôsobiť, že ich budete musieť menej často čistiť. 316Formy L si dokážu udržať ploché povrchy aj vo vlhkých podmienkach, čo znižuje náklady na údržbu o 60 % v porovnaní s bežnou oceľou P20.