كيفية اختيار مواد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المناسبة لإنتاج القوالب؟

1. يتم تحديد اختيار المواد من خلال سيناريوهات التطبيق: الاحتياجات المتنوعة لقولبة الحقن والصب بالقالب
العوامل الرئيسية التي تحدد المادة المستخدمة هي نوع القالب وكيفية استخدامه. العمليات المتنوعة لها احتياجات متنوعة تمامًا لخصائص المواد:
يجب أن يكون قالب الحقن قادرًا على التعامل مع درجة الحرارة والضغط العاليين للبلاستيك المنصهر. يجب أن تكون المادة قادرة على توصيل الحرارة بشكل جيد، ومقاومة التآكل، وتحمل التعب الحراري. على سبيل المثال، القالب الداخلي للسيارة يستخدم مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، وبناء قناة مياه التبريد المتوافقة يقلل من دورة القولبة بالحقن من 120 ثانية إلى 75 ثانية، مما يرفع معدل الإنتاج إلى 98%. قد يؤدي مسحوق الفولاذ القالب XM-7، الذي يتمتع بموصلية حرارية تبلغ 30 وات/(م · كلفن)، إلى تسريع عملية تبريد المنتجات وتعزيز عملية التآكل الكيميائي. وهذا يلبي احتياجات المعالجة الدقيقة للأنماط الضحلة (العمق<0.12mm).
قالب الصب بالقالب: يجب أن يكون قادرًا على التعامل مع-التآكل السائل للمعدن الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة ودورات الإجهاد الحراري. ويجب أيضًا أن تكون المادة متينة للغاية، ومقاومة-للتآكل، ومقاومة للتشقق الناتج عن الحرارة. نظرًا لصلابة المعالجة الحرارية التي تبلغ 50–52HRC، فقد أصبح مسحوق الفولاذ المارتنسيتي المعتق 1.2709 (18Ni300) هو الخيار الأفضل لقوالب صب سبائك الألومنيوم-. أدى استخدام هذه المادة في قالب الصب- لأسطوانة محرك سيارة معينة إلى تحسين عمر القالب من 20000 استخدام إلى 60000 استخدام وخفض تكلفة القطعة الواحدة بنسبة 40%.
قالب الإطارات المطاطية: يجب أن تكون قوالب الأنماط دقيقة جدًا ومقاومة للتآكل، كما تحتاج إلى التحكم في التشوه الناتج عن الحرارة لمنع المنتج من الوميض. تقنية SLM المستخدمة لطباعة قالب مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ CX (Corrax) تمنحه قدرة تلميع تصل إلى مستوى A2. تم قطع وزن القالب بنسبة 30% بفضل نظام دعم شبكي محسّن، كما تم تحسين دقة تكرار النمط إلى حدود 0.01 مم.
2. مطابقة خصائص المادة: أربعة مؤشرات رئيسية تحدد حدود الأداء.
يجب أن تؤخذ أربعة جوانب في الاعتبار عند تقييم أداء مواد القالب: الصفات الميكانيكية، والخصائص الحرارية، ومقاومة التآكل، والقدرة على التكيف العملية.
الخواص الميكانيكية: تعتمد قدرة القالب على الاحتفاظ بالوزن على قوة الشد، وقوة الخضوع، والاستطالة عند الكسر. على سبيل المثال، يتمتع مسحوق 1.2709 بقوة شد تبلغ 2000 ميجا باسكال، مما يجعله مناسبًا لحالات الصب بالقالب-التي تحتوي على الكثير من الضغط. 316يتميز مسحوق L باستطالة الكسر بنسبة 45%، مما يجعله أفضل لقوالب الحقن الرقيقة ذات الجدران-التي تحتاج إلى أن تكون قوية.
مدى نجاحه في الحرارة: تتأثر كفاءة التبريد وثبات الأبعاد بالتوصيل الحراري ومعامل التمدد الحراري. يتميز قالب الفولاذ XM-7 بموصلية حرارية أعلى بنسبة 100% من 316L. هذا يمكن أن يقصر بشكل كبير دورة صب الحقن. يتم استخدام سبيكة Invar 36 (مع معامل تمدد حراري يبلغ 1.2 × 10⁻⁶/ درجة) في القوالب البصرية لمنعها من فقدان الدقة بسبب التشوه الحراري.
مقاومة التآكل: إذا كنت تريد الحماية من المواد البلاستيكية المسببة للتآكل مثل PVC وPA، فاختر الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على تركيز عالٍ من الكروم.. 316يحتوي مسحوق L على 17% من الكروم، مما يساعد في الحفاظ على الأسطح ناعمة في الظروف الرطبة ويقلل الحاجة إلى الصيانة.
قابلية العملية للتكيف: تتأثر جودة الطباعة بتدفق المسحوق، ومحتوى الأكسجين، والكروية. على سبيل المثال، يمكن للمساحيق ذات حجم الجسيمات الموزعة من 15 إلى 53 ميكرومتر إزالة عيوب الطبقات البينية التي تحدث عندما ينتشر المسحوق بشكل غير متساو. إن متانة الصدم لمسحوق 316L مع مستوى أكسجين أقل من 100PPM أعلى بنسبة 44% من المواد العادية، مما يطيل عمر القالب بشكل كبير.
3. قابلية العملية للتكيف: العمل معًا لتحسين المعدات والمعالجة اللاحقة-.
يجب أن يتم تنسيق اختيار المواد بعناية مع عملية الطباعة وتدفق -المعالجة اللاحقة:
توافق المعدات: تحتاج تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المختلفة إلى مواد مختلفة. تعمل عملية SLM بشكل جيد مع المواد التي لها نقطة انصهار عالية، مثل سبائك التيتانيوم و1.2709. يعمل أسلوب نفث المادة الرابطة بشكل أفضل مع المساحيق الرخيصة التي تحتوي على الحديد-. على سبيل المثال، قامت شركة معينة بتصنيع مسحوق سبائك الألومنيوم ZY6061 الذي يمكن طباعته بثبات على معدات EOS M290 من خلال تحسين توزيع حجم الجسيمات وقابلية التدفق. وهذا يحل مشكلة التشقق في سبائك الألومنيوم العادية من السلسلة 6.
كيفية المعالجة الحرارية: للتخلص من التوتر المتبقي وتحسين بنيتها الدقيقة، يجب تسخين المواد المطبوعة. يمكن أن تصل صلابة مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH إلى 42HRC بعد أن يبلغ عمره 480 درجة، مما يتخلص أيضًا من تشققات الطباعة. يمكن زيادة متانة الصدمات لفولاذ القالب XM-7 إلى 20J/cm² باستخدام عملية التبريد المتدرجة، بينما تظل صلابته عند 30HRC.
المعالجة السطحية: اعتمادًا على الغرض من القالب، يمكنك اختيار الطلاء الكهربائي، أو السفع الرملي، أو التلميع الكيميائي. على سبيل المثال، تحتاج قوالب الأحذية إلى استخدام الطلاء الكهربائي النانوي للحصول على تأثير المرآة، كما تحتاج قوالب الصب- إلى استخدام السفع الرملي لجعل السطح أكثر خشونة وأسهل في الإزالة.
4. التحليل الاقتصادي: التحكم في التكاليف على مدى دورة الحياة بأكملها
يجب أن يؤدي اختيار المواد إلى التوصل إلى حل وسط بين الأداء والتكلفة، ويجب استخدام تقييم دورة الحياة بأكملها لخفض التكاليف وتعزيز الكفاءة:
تكلفة المواد: هناك فرق كبير في السعر بين المواد -الراقية. سعر الوحدة للمسحوق 1.2709 يبلغ حوالي 800 يوان/كجم، وهو ثلاثة أضعاف سعر 316L (260 يوان/كجم). ومع ذلك، يمكن أن يستمر لمدة أطول ثلاث مرات من الفولاذ H13 العادي وأرخص بشكل عام. يمكن استخدام إجراء "التطعيم الأساسي" لطباعة مواد عالية الأداء-على قواعد فولاذية تقليدية من أجل الإنتاج-على نطاق صغير. وهذا يقلل من كمية المواد المستخدمة.
مدى جودة عمل التصنيع: يمكن للمواد ذات الموصلية الحرارية العالية تسريع دورات صب الحقن والاستفادة بشكل أفضل من المعدات. أدى استخدام مسحوق XM-7 في قالب طبي متعدد التجاويف إلى تقليل الوقت المستغرق لصنع مكون واحد من 45 ثانية إلى 30 ثانية. وقد ارتفعت قيمة القالب بأكثر من مليوني يوان سنويا.
تكلفة الصيانة: المواد التي لا تتآكل يمكن أن تجعل تنظيفها أقل في كثير من الأحيان. 316يمكن لقوالب L الاحتفاظ بأسطحها المسطحة حتى في الظروف الرطبة، مما يقلل نفقات الصيانة بنسبة 60% مقارنة بالفولاذ P20 العادي.