Bolehkah kekerasan acuan cetakan 3D logam memenuhi keperluan untuk-pengeluaran kekuatan tinggi?

1. Memilih bahan yang betul: Sokongan bahagian bawah diperbuat daripada serbuk logam dengan keliatan yang tinggi
Bahan itu sendiri menentukan seberapa keras acuan cetakan 3D logam. Keluli alat, keluli tahan karat, aloi keras dan aloi khas ialah bahan yang paling biasa untuk acuan cetakan 3D sekarang. Mereka mempunyai julat kekerasan HRC 20 hingga 70, yang bermaksud ia boleh digunakan dalam pelbagai situasi.
Keluli alat, seperti H13 dan A2, mempunyai kekerasan HRC 40–60 selepas rawatan haba. Ia teguh dan tahan untuk dipakai, menjadikannya bagus untuk-situasi tekanan tinggi seperti acuan-die dan acuan penempaan panas. Sebagai contoh, syarikat yang membuat alat ganti kereta menggunakan acuan keluli H13 bercetak 3D yang keras HRC 52 selepas rawatan haba. Acuan ini berfungsi sama seperti acuan penempaan tradisional dan tahan tiga kali lebih lama.
Keluli tahan karat 316L mempunyai kekerasan kira-kira HRC 20–30, tetapi dengan melaraskan tetapan pencetakan dan pemprosesan-pasca, kekerasannya boleh dinaikkan kepada lebih HRC 40 sementara masih sangat tahan terhadap kakisan. Ini menjadikannya bagus untuk kawasan yang kebersihannya sangat penting, seperti pembungkusan makanan dan peranti perubatan.
Aloi keras: WC Co (tungsten karbida kobalt) ialah bahan tipikal untuk situasi haus melampau seperti menumbuk dan melukis. Ia mempunyai kekerasan sehingga HRC 55–70 dan lebih daripada 10 kali lebih tahan haus-daripada keluli alat. Syarikat tertentu yang membuat bahagian elektrik menggunakan acuan aloi kuat bercetak 3D-untuk menggandakan kekerapan tebukan, daripada 500,000 kali kepada 2 juta kali.
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% pada 650 darjah ), itulah sebabnya ia banyak digunakan dalam acuan untuk cakera turbin enjin penerbangan.
2. Pengoptimuman proses: kawalan tepat daripada "mencetak" kepada "membentuk"
Kekerasan logam Bukan sahaja bahan tetapi juga pengurusan parameter proses yang tepat adalah penting untuk percetakan 3D. Sebagai contoh, teknologi peleburan laser terpilih (SLM) meningkatkan kekerasan dengan mengoptimumkan parameter penting berikut:
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%), dan apabila ia tinggi, ia mungkin retak. Satu kajian menunjukkan bahawa apabila mencetak keluli tahan karat 316L dengan kuasa laser 150W dan kelajuan pengimbasan 800mm/s, keliangan kekal di bawah 0.3% dan kekerasan mencapai HRC 38, yang hampir sama dengan penempaan.
Kekuatan ikatan antara lapisan: Ikatan metalurgi yang kuat antara lapisan boleh dibuat dengan menukar prosedur pengimbasan (pengimbasan papan semak dan pengimbasan pulau) dan ketebalan lapisan (20–50 μ m). Sebagai contoh, perniagaan penerbangan tertentu mencetak acuan bilah turbin Ti6Al4V dengan ketebalan lapisan 30 μm dan kekuatan ikatan antara lapisan 450MPa, iaitu 20% lebih kuat daripada kaedah sebelumnya.
Setting the cooling rate: Rapid cooling (>10 ^ 4 darjah /s) boleh mencipta struktur berbutir-halus (seperti martensit) yang menjadikan bahan lebih keras. Menggunakan teknologi L-PBF, pasukan City University of Hong Kong mencetak aloi Al Mg Mn Sc Zr. Mereka menggunakan mekanisme pengukuhan berkembar nano untuk meningkatkan kekuatan hasil kepada 656MPa sambil mengekalkan kemuluran pada 12%.
3. Teknologi pemprosesan-pasca: langkah terakhir dalam menjadikan kekerasan lebih baik
Percetakan 3D bukanlah penamat; pasca-teknologi pemprosesan ialah bahagian terpenting dalam membuat acuan lebih keras.
Rawatan haba: menukar struktur kekisi dengan penyepuhlindapan, pelindapkejutan, atau penuaan. Sebagai contoh, selepas berumur pada 480 darjah , kekerasan acuan keluli penuaan martensit 18Ni300 cetakan 3D berubah daripada HRC 38 kepada HRC 52. Ini menghilangkan tekanan baki dan menjadikannya kurang berkemungkinan untuk berkecai.
Untuk menjadikan permukaan lebih keras, anda boleh menggunakan shot peening, nitriding, atau pelapisan laser. Pembuat acuan acuan-die tertentu menggunakan pukulan peening pada acuan keluli H13 cetakan 3D. Ini menjadikan permukaan lebih keras (dari HRC 50 hingga HRC 58) dan menjadikannya 40% lebih tahan haus.
Penekanan isostatik panas (HIP): Menggunakan tekanan tinggi (100–200 MPa) dan suhu tinggi (900–1200 darjah ) untuk menyingkirkan liang dalaman dan mendapatkan ketumpatan bahan hampir 100%. Acuan Inconel 718 yang dirawat dengan HIP adalah 30% lebih keras dan tahan lima kali lebih lama daripada acuan yang tidak dirawat.
4. Penggunaan industri: ujian dari makmal ke barisan pembuatan
Faedah kekerasan acuan cetakan 3D logam telah disahkan dalam beberapa bidang:
GE Aviation menggunakan 3D-acuan muncung bahan api Inconel 718 bercetak dengan kekerasan HRC 45. Acuan ini 15% lebih ringan daripada tuangan standard dan boleh mengendalikan suhu dan tekanan tinggi.
Membuat kereta: BMW Group membuat blok silinder enjin aloi aluminium menggunakan acuan keluli dan alat percetakan 3D. Kekerasan acuan ialah HRC 50, dan ia bertahan lebih daripada 100,000 kali, yang mengurangkan kos setiap bahagian sebanyak 40%.
Johnson & Johnson menggunakan acuan implan ortopedik ortopedik aloi kobalt kromium bercetak 3D-yang HRC 60 keras dan Ra<0.2 μ m rough on the surface. These moulds meet both biocompatibility and wear resistance standards.