Hoe kies je geschikte metalen 3D-printmaterialen om mallen te produceren?

1. Materiaalkeuze bepaald door toepassingsscenario's: gevarieerde behoeften voor spuitgieten en spuitgieten
De belangrijkste factoren die bepalen welk materiaal moet worden gebruikt, zijn het type mal en de manier waarop deze zal worden gebruikt. diverse processen hebben behoorlijk uiteenlopende behoeften aan materiaaleigenschappen:
Een spuitgietmatrijs moet bestand zijn tegen de hoge temperatuur en druk van gesmolten plastic. Het materiaal moet warmte goed kunnen geleiden, corrosie kunnen weerstaan ​​en thermische vermoeidheid kunnen weerstaan. Voor de auto-interieurmatrijs wordt bijvoorbeeld 316L roestvrij staalpoeder gebruikt, en de constructie van een conformeel koelwaterkanaal verkort de spuitgietcyclus van 120 seconden naar 75 seconden, waardoor het rendement stijgt tot 98%. XM-7-vormstaalpoeder, dat een thermische geleidbaarheid van 30 W/(m·K) heeft, kan de koeling van producten versnellen en het chemische corrosiebijtproces bevorderen. Dit voldoet aan de fijne verwerkingsbehoeften van ondiepe patronen (diepte<0.12mm).
Spuitgietmatrijs: deze moet bestand zijn tegen hoge- temperatuurmetaalvloeistoferosie en thermische spanningscycli. Het materiaal moet ook zeer duurzaam, slijtvast-en bestand tegen scheuren door hitte zijn. Vanwege de warmtebehandelingshardheid van 50–52HRC is 1,2709 (18Ni300) martensitisch verouderd staalpoeder de beste keuze geworden voor spuitgietmatrijzen van aluminiumlegeringen-. Door dit materiaal te gebruiken in de spuitgietmatrijs van een bepaalde cilinder van een automotor is de levensduur van de matrijs verlengd van 20.000 keer naar 60.000 keer en zijn de kosten per stuk met 40% gedaald.
Mal van rubberen banden: De patroonblokken moeten zeer nauwkeurig en slijtvast zijn, en ze moeten hittevervorming onder controle houden om te voorkomen dat het product gaat knipperen. De SLM-technologie die wordt gebruikt om de CX (Corrax) roestvrijstalen poedermal te printen, geeft deze een polijstvermogen tot A2-niveau. Het gewicht van de mal is met 30% verminderd dankzij een geoptimaliseerd roosterondersteuningssysteem, en de nauwkeurigheid van patroonreplicatie is verbeterd tot op 0,01 mm.
2. Passen bij de eigenschappen van het materiaal: Vier belangrijke indicaties bepalen de grenzen voor de prestaties.
Bij het evalueren van de prestaties van vormmaterialen moet rekening worden gehouden met vier aspecten: mechanische eigenschappen, thermische eigenschappen, corrosieweerstand en procesaanpassingsvermogen.
Eigenschappen van mechanica: Het vermogen van de mal om gewicht vast te houden is gebaseerd op de treksterkte, vloeigrens en rek bij breuk. 1.2709-poeder heeft bijvoorbeeld een treksterkte van 2000 MPa, wat het geschikt maakt voor spuit-gietsituaties met veel spanning. 316L-poeder heeft een breukrek van 45%, wat het beter maakt voor dun- spuitgietmatrijzen die sterk moeten zijn.
Hoe goed het werkt in de hitte: De koelefficiëntie en dimensionale stabiliteit worden beïnvloed door de thermische geleidbaarheid en de thermische uitzettingscoëfficiënt. XM-7-vormstaal heeft een thermische geleidbaarheid die 100% hoger is dan 316L. Dit kan de spuitgietcyclus aanzienlijk verkorten. Invar 36-legering (met een thermische uitzettingscoëfficiënt van 1,2 × 10⁻⁶/ degree) wordt gebruikt voor optische mallen om te voorkomen dat ze nauwkeurigheid verliezen als gevolg van thermische vervorming.
Corrosiebestendigheid: Als u zich wilt beschermen tegen corrosieve kunststoffen zoals PVC en PA, kies dan voor roestvrij staal met een hoge chroomconcentratie.. 316L-poeder bevat 17% chroom, waardoor oppervlakken glad blijven in vochtige omstandigheden en er minder onderhoud nodig is.
Aanpasbaarheid van het proces: De kwaliteit van de afdruk wordt beïnvloed door de stroombaarheid, het zuurstofgehalte en de bolvormigheid van het poeder. Poeders met een deeltjesgrootteverdeling van 15–53 μm kunnen bijvoorbeeld fouten tussen de lagen elimineren die optreden wanneer poeder zich ongelijkmatig verspreidt. De slagvastheid van 316L poeder met een zuurstofgehalte van minder dan 100PPM is 44% hoger dan die van reguliere materialen, waardoor de levensduur van de mal aanzienlijk wordt verlengd.
3. Aanpassingsvermogen van het proces: samenwerken om de apparatuur en de na-nabewerking te verbeteren
De materiaalkeuze moet zorgvuldig worden gecoördineerd met het drukproces en de stroom van de na-nabewerking:
Compatibiliteit van apparatuur: Verschillende metaal-3D-printtechnologieën hebben verschillende materialen nodig. Het SLM-proces werkt goed met materialen met een hoog smeltpunt, zoals titaniumlegeringen en 1.2709. De bindmiddelspuitmethode werkt beter met goedkope poeders op ijzer-basis. Een bepaald bedrijf maakte bijvoorbeeld ZY6061 aluminiumlegeringspoeder dat stabiel kan worden geprint op EOS M290-apparatuur door de verdeling van de deeltjesgrootte en de vloeibaarheid te verbeteren. Dit lost het probleem van scheuren op in reguliere aluminiumlegeringen uit de 6-serie.
Hoe hittebehandeling: Om de resterende spanning weg te nemen en de microstructuur te verbeteren, moeten gedrukte materialen worden verwarmd. De hardheid van 17-4PH roestvrij staalpoeder kan 42HRC bereiken na veroudering op 480 graden, waardoor ook drukscheuren worden verwijderd. De slagvastheid van XM-7-vormstaal kan worden verhoogd tot 20 J/cm² met behulp van een graduele afschrikprocedure, terwijl de hardheid op 30 HRC blijft.
Oppervlaktebehandeling: Afhankelijk van waar de mal voor dient, kunt u kiezen voor galvaniseren, zandstralen of chemisch polijsten. Voor schoenmallen moet bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van nano-galvanisatie om een ​​spiegeleffect te verkrijgen, en -spuitgietmatrijzen moeten zandstralen gebruiken om het oppervlak ruwer en gemakkelijker te verwijderen te maken.
4. Economische analyse: kostenbeheersing over de hele levenscyclus
Materiaalkeuze moet een compromis vinden tussen prestaties en kosten, en evaluatie van de hele levenscyclus moet worden gebruikt om de kosten te verlagen en de efficiëntie te verbeteren:
Materiaalkosten: er is een groot prijsverschil tussen hoogwaardige materialen. De eenheidsprijs van 1,2709 poeder is ongeveer 800 yuan/kg, wat drie keer de prijs is van 316L (260 yuan/kg). Het gaat echter drie keer langer mee dan gewoon H13-staal en is over het algemeen goedkoper. De 'base grafting'-procedure kan worden gebruikt om hoogwaardige materialen-te printen op traditionele stalen basissen voor productie op kleine- schaal. Dit vermindert de hoeveelheid materiaal die wordt gebruikt.
Hoe goed de productie werkt: Materialen met een hoge warmtegeleiding kunnen de spuitgietcycli versnellen en de apparatuur beter gebruiken. Door XM-7-poeder in een bepaalde medische mal met meerdere holtes te gebruiken, is de tijd die nodig is om één component te maken, teruggebracht van 45 seconden naar 30 seconden. De waarde van de mal is met ruim 2 miljoen yuan per jaar gestegen.
Onderhoudskosten: materialen die niet corroderen, kunnen ervoor zorgen dat u ze minder vaak hoeft schoon te maken.. 316L-mallen kunnen hun vlakke oppervlak behouden, zelfs in vochtige omstandigheden, waardoor de onderhoudskosten met 60% worden verlaagd in vergelijking met gewoon P20-staal.