금형 제작에 적합한 금속 3D 프린팅 재료를 선택하는 방법은 무엇입니까?

1. 적용 시나리오에 따라 결정되는 재료 선택: 사출 성형 및 다이캐스팅에 대한 다양한 요구 사항
사용할 재료를 결정하는 주요 요인은 금형의 종류와 사용 방법입니다. 다양한 프로세스에는 재료 특성에 대한 요구 사항이 매우 다양합니다.
사출 금형은 용융된 플라스틱의 높은 온도와 압력을 견딜 수 있어야 합니다. 재료는 열을 잘 전도하고 부식에 저항하며 열 피로를 견딜 수 있어야 합니다. 예를 들어 자동차 내장 금형에는 316L 스테인리스강 분말을 사용하고, 형상적응형 냉각수 채널을 구축해 사출 성형 주기를 120초에서 75초로 단축해 수율을 98%까지 높였다. 30W/(m·K)의 열전도율을 갖는 XM-7 금형강 분말은 제품의 냉각 속도를 높이고 화학적 부식 물림 과정을 촉진할 수 있습니다. 이는 얕은 패턴(깊이)의 미세 가공 요구 사항을 충족합니다.<0.12mm).
다이캐스팅 금형: 고온-온도 금속 액체 침식 및 열 응력 주기를 처리할 수 있어야 합니다. 또한 재료는 내구성이 매우 뛰어나고 내마모성-이 뛰어나며 열로 인한 균열에도 강해야 합니다. 50~52HRC의 열처리 경도로 인해 1.2709(18Ni300) 마르텐사이트 시효 강철 분말이 알루미늄 합금 다이캐스팅 금형에 가장 적합한 선택이 되었습니다.{9}} 특정 자동차 엔진 실린더의 다이캐스팅 금형에 이 재료를 사용하면 금형 수명이 20,000회에서 60,000회로 향상되고 부품당 비용이 40% 절감됩니다.
고무 타이어 몰드: 패턴 블록은 매우 정밀하고 마모에 강해야 하며 제품이 번쩍이는 것을 방지하기 위해 열 변형을 관리해야 합니다. CX(Corrax) 스테인레스 스틸 분말 금형을 인쇄하는 데 사용되는 SLM 기술은 최대 A2 수준의 연마 기능을 제공합니다. 최적화된 격자 지지 시스템으로 금형 무게가 30% 감소하고, 패턴 복제 정확도가 0.01mm 이내로 향상되었습니다.
2. 재료 특성의 일치: 네 가지 주요 표시가 성능 한계를 설정합니다.
금형 재료의 성능을 평가할 때는 기계적 품질, 열적 특성, 내식성, 공정 적응성 등 4가지 측면을 고려해야 합니다.
역학적 특성: 금형의 무게 유지 능력은 인장 강도, 항복 강도 및 파단 연신율에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 1.2709 분말의 인장 강도는 2000MPa로 응력이 많은 다이캐스팅 상황에 적합합니다.-L 분말의 파단 신장률은 45%로 강성이 요구되는 벽이 얇은 사출 금형에 더 적합합니다.-
열에서 얼마나 잘 작동하는지: 냉각 효율과 치수 안정성은 열전도율과 열팽창 계수의 영향을 받습니다. XM-7 금형강은 316L보다 열전도율이 100% 더 높습니다. 이는 사출 성형 주기를 크게 단축할 수 있습니다. Invar 36 합금(열 팽창 계수 1.2 × 10⁻⁶/도)은 광학 금형에 사용되어 열 변형으로 인해 정확도가 떨어지는 것을 방지합니다.
부식 방지: PVC 및 PA와 같은 부식성 플라스틱으로부터 보호하려면 크롬 농도가 높은 스테인리스 스틸을 선택하세요.. 316L 분말에는 크롬이 17% 함유되어 있어 습한 환경에서도 표면을 매끄럽게 유지하고 유지 관리의 필요성을 줄여줍니다.
공정의 적응성: 인쇄 품질은 분말의 유동성, 산소 함량 및 구형도에 의해 영향을 받습니다. 예를 들어, 입자 크기 분포가 15~53μm인 분말은 분말이 고르지 않게 퍼질 때 발생하는 층간 결함을 제거할 수 있습니다. 산소 농도가 100PPM 미만인 316L 분말의 충격 인성은 일반 소재에 비해 44% 높아 금형 수명이 크게 연장됩니다.
3. 프로세스의 적응성: 장비 및 후처리 개선을 위한 협력-
재료 선택은 인쇄 과정 및 후처리 흐름에 맞춰 신중하게 조정되어야 합니다.-
장비의 호환성: 다양한 금속 3D 프린팅 기술에는 다양한 재료가 필요합니다. SLM 공정은 티타늄 합금 및 1.2709와 같이 융점이 높은 재료에 잘 작동합니다. 바인더 분사 방식은 값싼 철- 기반 분말을 사용하는 경우 더 잘 작동합니다. 예를 들어, 한 회사에서는 입자 크기 분포와 흐름성을 향상시켜 EOS M290 장비에서 안정적으로 인쇄할 수 있는 ZY6061 알루미늄 합금 분말을 만들었습니다. 이는 일반 6시리즈 알루미늄 합금의 균열 문제를 해결합니다.
열처리 방법: 잔류 장력을 제거하고 미세 구조를 개선하려면 인쇄물을 가열해야 합니다. 17-4PH 스테인레스 스틸 분말의 경도는 480도에서 노화된 후 42HRC에 도달할 수 있으며 이는 인쇄 균열도 제거합니다. XM-7 금형강의 충격 인성은 등급 담금질 절차를 사용하여 20J/cm²까지 증가시킬 수 있으며 경도는 30HRC로 유지됩니다.
표면 처리: 금형의 용도에 따라 전기 도금, 샌드블라스팅 또는 화학적 연마를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 신발 주형은 거울 효과를 얻기 위해 나노 전기도금을 사용해야 하고, 다이캐스팅 주형은 표면을 더 거칠고 쉽게 제거할 수 있도록 샌드블래스팅을 사용해야 합니다.
4. 경제적 분석: 전체 수명주기에 걸쳐 비용을 제어합니다.
재료 선택은 성능과 비용 사이에서 절충안을 찾아야 하며, 비용을 낮추고 효율성을 높이기 위해 전체 수명주기 평가를 사용해야 합니다.
재료비: 고급 재료 간의 가격 차이는-크습니다. 1.2709분말의 단가는 약 800위안/kg으로 316L(260위안/kg) 가격의 3배에 달한다. 그러나 일반 H13 강철보다 수명이 3배 더 길고 전체적으로 가격이 저렴합니다. 소규모 생산을 위해 기존 금형강 베이스에 고성능 재료를 프린팅하는 데 '베이스 접목' 절차를 사용할 수 있습니다.{10}} 이렇게 하면 사용되는 재료의 양이 줄어듭니다.
제조 효율성: 열 전도성이 높은 재료는 사출 성형 주기를 가속화하고 장비 활용도를 높일 수 있습니다. 특정 의료용 다중 캐비티 금형에 XM{2}}7 분말을 사용하면 하나의 부품을 만드는 데 걸리는 시간이 45초에서 30초로 단축되었습니다. 금형의 가치는 연간 200만 위안 이상 증가했습니다.
유지 관리 비용: 부식되지 않는 재료를 사용하면 청소 빈도가 줄어들 수 있습니다.{0}}L 금형은 습한 환경에서도 평평한 표면을 유지할 수 있어 일반 P20 강철에 비해 유지 관리 비용이 60% 절감됩니다.