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3D打印金属模具风正起时,模具钢粉末用量直线飙升

来源: 聚展网 2019-06-17 17:04:00 1272 分类: 3D打印资讯

2019521日,在广州举办的2019国际橡塑展,在展会现场看到多家3D打印公司展示了其在模具方面的应用。

3D打印的随形冷却金属模具已经出现多年,从刚刚开始的充满质疑到后来的逐步尝试,如今3D打印金属模具受到越来越多客户的认可。2017年的时候,南极熊曾经做过一个调研报告,其中对3D打印金属模具市场做了很高的预期,“未来10年内,中国模具行业需要1500台金属3D打印机”。那时候,绝大部分金属3D打印厂商还在把设备卖给科研单位,而现在这个趋势正在显现出来。

国内知名的金属3D打印企业汉邦科技,展示了多个金属3D打印的模具镶件,打印模具所使用的材料为18Ni300,金属模具旁边摆放的11透明件为模具内部冷却流道的展示。可以很明显的看出,使用3D打印机制造的模具,可以拥有复杂的随形冷却流道,在注塑生产的过程中,更好的让模具均匀快速冷却,提高生产效率,延长模具使用寿命。

汉邦科技朱昊威向南极熊透露:“金属3D打印模具已经得到了市场的认可,目前需求量越来越大,汉邦科技在金属3D打印模具领域拥有丰富得到经验,可以为客户提供整套的解决方案。”

注塑模具的随形冷却方式与传统的冷却方式有所区别,其冷却水道的形状是随着注塑制品的外形而变化的,不再是传统的直线状。而3D打印技术可以使冷却水路的制造避免了交叉钻孔的限制,3D打印的随形冷却水路还可以根据冷却要求进行不同的冷却回路设计,从而以一致的速度进行散热,以促进散热的均匀性。

对于模具制造商来说,由于模具的质量直接决定了注塑生产效率,并决定产品质量,从而决定产品的附加值,所以,如何在最小周期时间内高效冷却塑料产品,成为随形冷却注塑模具设计与制造过程中关键的考量因素,而冷却在这期间扮演了重要的角色。

光韵达展台也展示了不少3D打印模具的案例,并可对外提供水路设计、模具设计优化、模具零件3D打印等服务。

德科也是金属3D打印模具领域的知名企业,据南极熊了解,目前该公司已经引入6台德国EOS的金属3D打印机,用于生产金属模具,德科工作人员表示公司每年都在不断引进3D打印机,以完成模具客户的订单。

北京易加三维展台同样也展示了其制造的金属3D打印模具,易加三维拥有自主研发的金属3D打印机,可以满足模具客户的需求。

除了金属设备厂商,瑞士金属粉末厂商欧瑞康展台,也摆放着其与汉邦科技合作的金属3D打印模具,该模具使用欧瑞康Maraging steel 1.2709材料,打印设备为汉邦科技的HBD-280

模具行业对金属3D打印的认可度方面,金属粉末厂商有很大的话语权,江苏威拉里薛佳向南极熊透露:“从2018年开始,威拉里的模具钢粉末出货量直线上升,模具市场已经被打开。”

据南极熊了解,通过增材制造来制造的随形冷却模具的其他主要优点,包括:可以成型更均匀的塑件制品,使制品零缺陷,并且避免因冷却速度不均匀而导致的缩凹痕迹。另外,在开发新注塑产品时,有助于实现通过较少的迭代即可完成新产品的开发。

金属3D打印是属于数字热加工的一项技术,目前制备金属的3D打印技术主要有:选区激光熔化/烧结(SLM/SLS)、电子束选区熔化(EBSM)、激光近净成形(LENS)等。与传统工艺相比,金属3D打印有直接成型,无需模具,可以实现个性化设计并制作复杂结构,高效、低消耗、低成本等优点。

但是,因为金属3D打印材料本身的材料属性,其都有特定的应用领域范围,因此,金属3D打印材料选择的过程是一个权衡多个因素的过程。而且,3D打印金属不能仅仅凭借金属3D打印机的参数来衡定,每种金属材料都有适合自身特性的极限点,包括应用、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性都是设计师要考虑的因素。

现今,国内外金属3D打印机采用的金属粉末一般有:工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。

1、工具钢和马氏体钢

以工具钢和马氏体钢为例,工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗形变能力,以及在高温下保持切削刃的能力。模具H13热作工具钢就是其中一种,能够承受不确定时间的工艺条件;马氏体钢,以马氏体300为例,又称“马氏体时效”钢,在时效过程中的高强度、韧性和尺寸稳定性都是众所周知的。他们与其他钢不同,因为他们是不含碳的,属于金属间化合物,通过丰富的镍、钴和钼的冶金反应硬化。由于高硬度和耐磨性,马氏体300才适用于许多模具的应用,例如,注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等,同时,其也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。

2、不锈钢

不锈钢与碳钢不同,目前的铬含量不同,10.5%铬含量最低的钢合金,不锈钢不容易生锈腐蚀。目前,应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种:奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH

奥氏体不锈钢316L,具有高强度和耐腐蚀性,可在很宽的温度范围下降到低温,可应用于航空航天、石化等多种工程应用,也可以用于食品加工和医疗等领域。

马氏体不锈钢15-5PH,又称马氏体时效(沉淀硬化)不锈钢,具有很高的强度、良好的韧性、耐腐蚀性,而且可以进一步的硬化,是无铁素体。目前,广泛应用于航空航天、石化、化工、食品加工、造纸和金属加工业。

马氏体不锈钢17-4PH,在高达315℃下仍具有高强度高韧性,而且耐腐蚀性超强,随着激光加工状态可以带来极佳的延展性。

3、合金

金属3D打印材料应用最为广泛的金属粉末合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。

1)纯钛及钛合金

目前应用于市场的纯钛,又称商业纯钛,分为1级和2级粉体,2级强于1级,对于大多数的应用同样具有耐腐蚀性。因为纯钛2级具有良好的生物相容性,因此在医疗行业具有广泛的应用前景。

钛是钛合金产业的关键。目前,应用于金属3D打印的钛合金主要是钛合金5级和钛合金23级,因为其优异的强度和韧性,结合耐腐蚀、低比重和生物相容性,所以在航空航天和汽车制造中具有非常理想的应用,而且,因为强度高、模量低、耐疲劳性强,应用于生产生物医学植入物。钛合金23级,纯度更高,是神级一样的牙科和医疗钛品级。

2)铝合金

目前,应用于金属3D打印的铝合金主要有铝硅AlSi12AlSi10Mg两种。铝硅12,是具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末,可应用于薄壁零件如换热器或其他汽车零部件,还可应用于航空航天及航空工业级的原型及生产零部件;/镁组合使铝合金更具强度和硬度,使其适用于薄壁以及复杂的几何形状的零件,尤其是在具有良好的热性能和低重量场合中。

3)镍基合金

一般情况下,镍基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能。目前,主要有Inconel 738Hastelloy XInconel 625Inconel 713Inconel 718等。

Inconel 738具有良好的高温蠕变断裂强度,抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金,可长期暴露于高达920-980℃的高温腐蚀性的环境中,适用于飞机发动机、燃气轮机。(本文内容版权归属聚展所有,未经同意,禁止转发)

Hastelloy X在高温下具有高强度和抗氧化性,在高达1200℃的环境中,也具有良好的延展性,目前,主要应用于航空航天技术中,例如燃气轮机部件和燃烧区组件如过渡管、燃烧器罐、喷杆、排气管、加力燃烧室等;而且还因为具有耐应力腐蚀开裂的性能,应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。

Inconel 625在高温约815℃的条件下依然具有良好的负载性能,而且耐腐蚀性强,广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。

Inconel 713具有优异的抗热疲劳性能,以及在927℃的特殊断裂强度,适用于喷气发动机燃气轮机叶片。

Inconel 718是基于铁镍硬化的超合金,具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性,适用于各种高端应用,例如,飞机涡轮发动机和陆基涡轮机等。

4)钴铬合金

钴铬合金具有高强度、耐腐蚀性强、良好的生物相容性以及无磁性的性能,主要应用于外科植入物包括合金人工关节、膝关节和髋关节,同时其还可用于发动机部件以及时装、珠宝行业等。

5)铜基合金

应用于市场的铜基合金,俗称青铜,具有良好的导热性和导电性,可以结合设计自由度,产生复杂的内部结构和冷却通道,适合冷却更有效的工具插入模具,如半导体器件,也可用于微型换热器,具有壁薄、形状复杂的特征。

金属3D打印材料的应用领域相当广泛,例如,石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。相信随着科技的不断进步,今后金属3D打印材料的应用对社会的影响会越来越大。

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