Jakie są zalety martenzytycznej stali nierdzewnej w druku 3D w formach?

一, Wykonalność techniczna: przejście z laboratorium na linię produkcyjną
1. Pełne pokrycie systemu materialnego
Drukowanie 3D metalu może teraz współpracować ze wszystkimi materiałami zwykle używanymi do produkcji form. Na przykład technologia topienia laserowego łoża proszkowego (LPBF) umożliwia drukowanie klasycznych materiałów na formy, w tym stali narzędziowej H13, stali formierskiej P20 i stali martenzytycznej 1.2709. Dzięki precyzyjnemu-dostrojeniu ustawień procesu ważne parametry, takie jak twardość, wytrzymałość i odporność na zużycie drukowanych części, osiągnęły lub przekroczyły specyfikacje dla materiałów do kucia. Na przykład jedna firma zastosowała technologię LPBF do wykonania otworów pod formy ze stali H13. Po obróbce cieplnej twardość wzrosła do 52HRC, a trwałość zmęczenia cieplnego była o 40% dłuższa niż przy typowej obróbce. Wytrzymuje ponad 500 000 cykli formowania wtryskowego.
Wykazano, że druk 3D metalu przynosi szczególne korzyści w przypadku określonych materiałów. Ponieważ ludzie potrzebowali materiałów, które będą zarówno wysoce przewodzące, jak i odporne na korozję, firma stworzyła proces drukowania ze stopów na bazie miedzi-. Proces ten charakteryzuje się współczynnikiem przewodności cieplnej sięgającym 380 W/(m · K), czyli o 25% wyższym niż w przypadku tradycyjnych form z miedzi berylowej. Ponieważ ludzie chcieli materiałów lekkich, technologia drukowania ze stopów aluminium i stopów tytanu może zmniejszyć masę formy o 30% do 50%, zachowując jednocześnie wytrzymałość konstrukcji.
2. Nieograniczony postęp w złożoności strukturalnej
Tradycyjne wytwarzanie form jest ograniczone geometrycznymi granicami obróbki subtraktywnej. Aby wykonać złożone konstrukcje, należy zastosować metody takie jak dzielenie, łączenie i spawanie, co powoduje, że formy są mniej dokładne i skracają ich żywotność. Druk 3D z metalu może od razu wykonać dowolny skomplikowany kształt, zwłaszcza nowy, taki jak konforemne kanały chłodzące, oddychająca stal i wypełnienie igłowe.
Na przykład tradycyjnymi metodami wiercenia można utworzyć jedynie proste lub proste kanały wodne-w kształcie linii. Natomiast druk 3D może tworzyć nieregularne kanały wodne, takie jak spirale, gałęzie drzew i biomimetyczne kształty żył liści, co może poprawić wydajność chłodzenia o ponad 40%. Po zastosowaniu zoptymalizowanego pod kątem topologii projektu kanału w formie listwy dekoracyjnej do ościeżnicy drzwi samochodowych, czas wykonania jednego elementu wzrósł ze 120 sekund do 75 sekund, a wydajność wzrosła z 89% do 98%. Firmom produkującym oddychającą stal udało się precyzyjnie zarządzać aperturą 0,04 mm, korzystając z technologii drukowania na porowatych warstwach. Potroiło to wydajność odsysania form i rozwiązało problemy, takie jak linie spawów i pęcherzyki powstające w przypadku uwięzienia gazu.
3. Ciągłe doskonalenie jakości powierzchni i dokładności
Wczesny druk 3D z metalu miał trudności ze spełnieniem-wysokich wymagań związanych z precyzją wytwarzania form, ponieważ siła wiązania międzywarstwowego nie była wystarczająco duża, a powierzchnia była zbyt szorstka. Ale problem ten został rozwiązany dzięki postępowi technicznemu. Obecnie-najwyższej klasy maszyny do drukowania 3D do metalu mogą wytwarzać części z dokładnością wymiarową ± 0,05 mm i chropowatością powierzchni Ra mniejszą lub równą 1,6 μm. W połączeniu z polerowaniem, piaskowaniem i innymi etapami może sprawić, że powierzchnia będzie gładka jak lustro.
Na przykład technologia TrueShape firmy Mantle wykorzystuje kombinację „-3-osiowej obróbki CNC + rysowania i drukowania + projektowania oprogramowania”, aby bardzo dokładnie wykonać gniazda form. W procesie tym drukowana jest wnęka formy ze stali H13 o chropowatości powierzchni Ra wynoszącej zaledwie 0,8 μm, co oznacza, że ​​można ją od razu wykorzystać do formowania wtryskowego o wysokim połysku, bez konieczności wcześniejszego polerowania. Technologia ta umożliwia także drukowanie kompozytowe z wielu-materiałów, dzięki czemu na powierzchnię formy można nałożyć powłoki odporne na zużycie. Może to sprawić, że forma wytrzyma ponad trzy razy dłużej niż tradycyjne metody.
2, Praktyka przemysłowa: od testowania pomysłów do wykorzystania ich na dużą skalę
1. Formy samochodowe: podwójna rewolucja w zakresie kosztów i wydajności
Drukowanie 3D metalu wyszło poza etap weryfikacji pomysłu i zaczęło być stosowane-na dużą skalę w dziedzinie form samochodowych. Jedna z firm produkujących samochody wykorzystuje technologię LPBF do wykonywania form do głowic cylindrów silników. Cykl formowania wtryskowego jest o 37,2% krótszy, a koszt każdego elementu jest o 22% niższy w przypadku ulepszenia konstrukcji konforemnego kanału wody chłodzącej. Jeszcze bardziej imponujące jest to, że dzięki tej technologii można formować formy „jednorazowo” bez konieczności czekania na otwarcie formy. Skraca to czas opracowania nowych produktów z 6 do 2 miesięcy i znacznie przyspiesza czas reakcji na rynku.
Druk 3D z metalu doskonale sprawdza się również przy wykonywaniu lekkich form. Pewna nowa firma produkująca pojazdy energetyczne produkuje formy do półek na akumulatory, korzystając z technologii drukowania ze stopu aluminium. Masa formy została zmniejszona o 45%, a energia zużyta do formowania wtryskowego została zmniejszona o 18%, a wszystko to przy zachowaniu wytrzymałości formy. Forma przeszła 200 000 cykli formowania wtryskowego, działa dobrze i jest niezawodna.
2. Formy medyczne: najlepszy sposób na wykonanie przedmiotów dokładnie tak, jak chcesz
Zawód lekarza potrzebuje form, które są bardzo specyficzne i zindywidualizowane, a druk 3D z metalu jest najlepszym sposobem, aby to osiągnąć. Firma produkująca formy do implantów ortopedycznych wykorzystuje technologię drukowania ze stopu kobaltowo-chromowego, aby tworzyć formy „dostosowane do potrzeb pacjenta”. Cyfrowy model formy tworzony jest od razu po uzyskaniu danych dotyczących kości od pacjenta za pomocą tomografii komputerowej. Po wydrukowaniu 3D forma może osiągać dokładność z dokładnością do 0,02 mm, co oznacza, że ​​dokładnie pasuje do ciała pacjenta. Technikę tę zastosowano w ponad 5000 zabiegach i skróciła ona czas rekonwalescencji pacjentów po operacji o 30%, a liczbę powikłań do mniej niż 1%.
Druk 3D z metalu ma również wyraźne zalety w obszarze form do urządzeń medycznych. Pewna firma produkuje formy do stentów serca przy użyciu technologii drukowania ze stopu tytanu. Ryzyko zakrzepicy jest znacznie obniżone poprzez możliwie gładką powierzchnię wnęki formy, co zmniejsza chropowatość powierzchni stentu Ra do wartości mniejszej lub równej 0,2 μm. Forma ta uzyskała certyfikat FDA i jest pierwszą na świecie-drukowaną w 3D formą stentu serca.
3. Formy lotnicze: najlepsze wykorzystanie-materiałów o wysokiej wydajności
Przemysł lotniczy potrzebuje form, które wytrzymują wysokie temperatury, są bardzo mocne i bardzo lekkie. Druk 3D z metalu to nowy sposób na osiągnięcie tego celu. Pewna firma produkuje formy do łopatek silników lotniczych, korzystając z technologii drukowania ze stopów-na bazie niklu. Masa formy została zmniejszona o 35% poprzez optymalizację struktury wypełnienia siatkowego i pozostaje stabilna w wysokiej temperaturze 1200 stopni. Forma przeszła testy cyklu termicznego w 2000 roku, a jej wydajność jest znacznie lepsza niż w przypadku typowych form odlewniczych.
Druk 3D z metalu sprawdza się również bardzo dobrze przy wykonywaniu form do części satelitarnych. Jedna z firm wykonuje formy wsporników satelitarnych przy użyciu technologii drukowania ze stopu aluminium. Dzięki zastosowaniu optymalizacji topologii masa form została zmniejszona o 60% przy jednoczesnym zachowaniu ich ciężaru, co obniża koszty wystrzeliwania rakiet. Forma ta została wykorzystana do wykonania ponad 10 satelitów i działa dobrze i konsekwentnie.