Kako odabrati odgovarajuće metalne materijale za 3D štampu za izradu kalupa?

1. Izbor materijala određen scenarijima primjene: različite potrebe za brizganjem i livenjem pod pritiskom
Glavni faktori koji određuju materijal koji će se koristiti su vrsta kalupa i način na koji će se koristiti. različiti procesi imaju prilično različite potrebe za svojstvima materijala:
Kalup za brizganje mora biti u stanju podnijeti visoku temperaturu i pritisak rastopljene plastike. Materijal bi trebao biti u stanju dobro provoditi toplinu, otporan na koroziju i toplinski zamor. Na primjer, kalup za unutrašnjost automobila koristi prah od nehrđajućeg čelika 316L, a konstrukcija konformnog kanala za vodu za hlađenje skraćuje ciklus brizganja sa 120 sekundi na 75 sekundi, podižući stopu prinosa na 98%. Čelični prah za kalup XM-7, koji ima toplotnu provodljivost od 30W/(m · K), može ubrzati hlađenje proizvoda i podstaći proces hemijske korozije. Ovo zadovoljava potrebe fine obrade plitkih uzoraka (dubina<0.12mm).
Kalup za tlačno livenje: mora biti sposoban da izdrži tečnu eroziju metala-pri visokim temperaturama i cikluse termičkog naprezanja. Materijal također mora biti vrlo izdržljiv, otporan na habanje-i otporan na pucanje od topline. Zbog svoje tvrdoće termičke obrade od 50–52HRC, 1.2709 (18Ni300) martenzitno ostarjeli čelični prah je postao najbolji izbor za kalupe za lijevanje pod{9}}aluminijskih legura. Korištenje ovog materijala u kalupu za{11}}lijevanje određenog cilindra motora automobila povećalo je vijek trajanja kalupa sa 20.000 upotreba na 60.000 upotreba i smanjilo cijenu po komadu za 40%.
Gumeni kalup za gume: Blokovi uzoraka moraju biti vrlo precizni i otporni na habanje i moraju upravljati toplotnom deformacijom kako proizvod ne bi treperio. SLM tehnologija koja se koristi za štampanje kalupa za prah od nerđajućeg čelika CX (Corrax) daje mu mogućnost poliranja do nivoa A2. Težina kalupa je smanjena za 30% zahvaljujući optimiziranom sistemu nosača rešetke, a preciznost replikacije uzorka je poboljšana na 0,01 mm.
2. Usklađivanje svojstava materijala: Četiri glavne indikacije postavljaju granice performansi.
Četiri aspekta moraju se uzeti u obzir pri ocjenjivanju performansi materijala kalupa: mehaničke kvalitete, termička svojstva, otpornost na koroziju i prilagodljivost procesu.
Osobine mehanike: Sposobnost kalupa da drži težinu je zasnovana na njegovoj vlačnoj čvrstoći, granici tečenja i izduženju pri prekidu. Na primjer, 1.2709 prah ima vlačnu čvrstoću od 2000 MPa, što ga čini dobrim za-situacije livenja pod velikim naprezanjem. 316L prah ima izduženje loma od 45%, što ga čini boljim za kalupe za brizganje s tankim-stinama koji moraju biti jaki.
Koliko dobro radi na toploti: Na efikasnost hlađenja i stabilnost dimenzija utiču toplotna provodljivost i koeficijent toplotnog širenja. XM-7 čelik za kalupe ima toplinsku provodljivost koja je 100% veća od 316L. Ovo može uvelike skratiti ciklus brizganja. Legura Invar 36 (sa koeficijentom termičke ekspanzije od 1,2 × 10⁻⁶/ stepen) koristi se za optičke kalupe kako bi se spriječilo da izgube tačnost zbog termičke deformacije.
Otpornost na koroziju: Ako želite zaštititi od korozivne plastike kao što su PVC i PA, odaberite nehrđajući čelik s visokom koncentracijom hroma. 316L prah ima 17% hroma, što pomaže da površine budu glatke u vlažnim uvjetima i smanjuje potrebu za održavanjem.
Prilagodljivost procesa: Na kvalitet štampe utiču tečljivost praha, sadržaj kiseonika i sferičnost. Na primjer, praškovi s distribucijom veličine čestica od 15-53 μm mogu eliminirati međuslojne nedostatke do kojih dolazi kada se prah neravnomjerno širi. Udarna žilavost praha od 316L sa nivoom kiseonika manjim od 100PPM je 44% veća nego kod običnih materijala, što značajno produžava život kalupa.
3. Prilagodljivost procesa: zajednički rad na poboljšanju opreme i naknadnoj{1}}obradi
Izbor materijala mora biti pažljivo usklađen sa procesom štampanja i tokom naknadne{0}}obrade:
Kompatibilnost opreme: Različite tehnologije 3D štampanja metala zahtijevaju različite materijale. SLM proces dobro funkcionira s materijalima koji imaju visoku tačku topljenja, kao što su legure titana i 1,2709. Pristup mlazom veziva bolje funkcionira sa jeftinim prahovima na bazi željeza{3}}. Na primjer, određena kompanija je napravila prah od legure aluminijuma ZY6061 koji se može stabilno štampati na opremi EOS M290 poboljšanjem distribucije veličine čestica i tečljivosti. Ovo rješava problem pucanja u običnim aluminijskim legurama serije 6.
Kako termički obrađivati: Da bi se oslobodili zaostalih napetosti i poboljšala njihova mikrostruktura, štampani materijali se moraju zagrijati. Tvrdoća praha od nerđajućeg čelika 17-4PH može dostići 42HRC nakon odležavanja na 480 stepeni, što takođe uklanja pukotine na štampanju. Udarna žilavost XM-7 kalupnog čelika može se povećati na 20J/cm² korištenjem stupnjevanog postupka gašenja, dok njegova tvrdoća ostaje na 30HRC.
Površinska obrada: Ovisno o tome čemu kalup služi, možete odabrati galvanizaciju, pjeskarenje ili kemijsko poliranje. Na primjer, kalupi za cipele moraju koristiti nano galvanizaciju da bi dobili efekat ogledala, a kalupi za{1}}lijevanje pod pritiskom moraju koristiti pjeskarenje kako bi površina bila grublja i lakša za uklanjanje.
4. Ekonomska analiza: kontrola troškova tokom cijelog životnog ciklusa
Odabir materijala mora postići kompromis između performansi i troškova, a evaluacija cijelog životnog ciklusa mora se koristiti za smanjenje troškova i povećanje efikasnosti:
Cijena materijala: Postoji velika razlika u cijeni između vrhunskih-materijala. Jedinična cijena praha od 1.2709 iznosi oko 800 juana/kg, što je tri puta više od cijene 316L (260 juana/kg). Međutim, može trajati tri puta duže od običnog čelika H13 i sveukupno je jeftiniji. Procedura "kalemljenja baze" može se koristiti za štampanje materijala visokih{9}}učinaka na tradicionalnim čeličnim bazama za kalupe za male{10}}proizvodnje. Time se smanjuje količina utrošenog materijala.
Koliko dobro funkcionira proizvodnja: Materijali s visokom provodljivošću topline mogu ubrzati cikluse brizganja i bolje iskoristiti opremu. Upotreba praha XM-7 u određenom medicinskom kalupu sa više šupljina smanjila je vrijeme potrebno za izradu jedne komponente sa 45 sekundi na 30 sekundi. Vrijednost kalupa porasla je za više od 2 miliona juana godišnje.
Troškovi održavanja: materijali koji ne korodiraju mogu smanjiti potrebu za čišćenjem. 316L kalupi mogu zadržati svoje ravne površine čak i u vlažnim uvjetima, što smanjuje troškove održavanja za 60% u poređenju sa običnim čelikom P20.