Können unterschiedliche Metalldruckmaterialien für die Formenreparatur verwendet werden?

1. Anpassung der Materialleistung: Von der Reparatur einer Sache bis zur Verbesserung ihrer Funktion
Die wichtigsten Dinge, die getan werden müssen, um eine Form zu reparieren, bestehen darin, sie geometrisch wieder in Ordnung zu bringen, sie widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Korrosion zu machen und ihre thermische Ermüdungslebensdauer zu erhöhen. Verschiedene Metalldruckmaterialien können für unterschiedliche Reparaturfunktionen angepasst werden, indem ihre Zusammensetzung geändert und der Druckprozess verbessert wird.
Edelstahlserie: Eine kostengünstige Option für alle Reparaturen
Edelstahl 316L ist eines der beliebtesten Materialien für die Formenreparatur, da er robust und rostbeständig ist. Es verfügt über ein großes Druckfenster, kann problemlos auf Laserenergie reagieren und das bedruckte Gewebe ist dick. Es eignet sich gut zum Fixieren von Formen, die sehr sauber sein müssen, einschließlich solcher, die zum Verpacken von Lebensmitteln und zur Herstellung von Gehäusen für Haushaltsgeräte verwendet werden. Beispielsweise verwendete ein Unternehmen, das Haushaltsgeräte herstellt, 3D-Druck aus 316L-Edelstahl, um die Trennfläche von Spritzgussformen zu befestigen. Die Reparaturschicht und das Substrat hatten eine metallurgische Bindungsfestigkeit von 450 MPa und die Chloridionen-Korrosionsbeständigkeit war dreimal besser als die der Standardgalvanisierung. Die Reparaturzeit wurde von 7 Tagen auf 48 Stunden verkürzt.
17-4PH martensitischer ausscheidungshärtender Stahl wird behandelt, um ihn altern zu lassen, wodurch die Verfestigungsphasen ausgeschieden werden. Es hat eine Härte von HRC45–55 und eignet sich gut für die Kantenreparatur von hochbelasteten Stanzwerkzeugen. Diese Substanz wurde von einem bestimmten Autoteilehersteller zur Reparatur von progressiven konvexen Formen verwendet, wodurch diese 200.000-mal länger hielten und die Kosten für die Reparatur eines einzelnen Teils um 60 % sanken.
Werkzeugstahlserie: Ein großer Fortschritt in der Leistung in heißen Umgebungen
Da er thermischer Ermüdung standhält und aushärtet, wird H13-Warmarbeitsstahl häufig zur Befestigung von Druckgussformen verwendet. Bei der herkömmlichen Reparatur von H13-Stahl muss die Korngröße durch Schmieden und Wärmebehandlung kontrolliert werden. Beim 3D-Druck hingegen kann die Directed Energy Deposition (DED)-Technologie direkt kleine Kornstrukturen erzeugen (ASTM-Klassen 8-10). Der 3D-Druck von H13-Stahl wurde verwendet, um den Kern einer Druckgussform für einen Motorzylinderblock zu fixieren. Die thermische Ermüdungslebensdauer der Reparaturschicht war 12.000-mal länger als bei herkömmlichem Schweißen. Es ist keine weitere Wärmebehandlung erforderlich, wodurch sich die Lieferzeit halbiert.
D2-Werkzeugstahl hat einen hohen Kohlenstoff- und Chromgehalt (C 1,5 %, Cr 12 %) und eine Rockwell-Härte von HRC60 oder höher. Es eignet sich gut zum Fixieren der Schneidkante von Kaltprägestempeln. Ein Hersteller von elektronischen Steckverbindern nutzte den 3D-Druck aus D2-Stahl, um präzise Stanzformen zu befestigen. Nach der Reparatur sank die Grathöhe von 0,05 mm auf 0,01 mm und die Produktzertifizierungsrate stieg von 92 % auf 98 %.
Hochtemperaturlegierungsserie: Leistungsgarantie auch unter den schlechtesten Arbeitsbedingungen
Nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen wie Inconel 718 bleiben auch bei 650 Grad stabil und können zum Fixieren von Formen für Flugzeugtriebwerksschaufeln und zum Hochtemperaturschmieden verwendet werden. Inconel 718 kann bei herkömmlichen Reparaturen aufgrund thermischer Rissbildung versagen. Der 3D-Druck kann jedoch die Bildung säulenförmiger Kristalle stoppen und die Rissrate unter 0,1 % halten, indem die Scantaktik (z. B. eine Zwischenschichtrotation von 67 Grad) und die Energiedichte (80–100 J/mm³) geändert werden. Ein Luftfahrthersteller verwendete Inconel 718 zur Befestigung von Formen zum Schmieden von Turbinenscheiben. Nach 620 Grad/10.000 Thermozyklen riss die Reparaturschicht nicht und die Lebensdauer der Form wurde im Vergleich zur Originalform auf das Dreifache verlängert.
Kupferlegierungsserie: eine maßgeschneiderte Option zur schnellen Wärmeableitung
Kupferlegierungen wie CuCrZr eignen sich hervorragend zur Befestigung von Formkühlsystemen, da sie Wärme mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200–300 W/(m·K) sehr gut leiten können. Aufgrund struktureller Grenzen kühlt der Kühlwasserkanal bei herkömmlichen Bohrverfahren wahrscheinlich ungleichmäßig ab. Mit dem 3D-Druck können Sie sofort einen konformen Kühlkanal erstellen. Eine Autostoßstangenform wurde mit dem 3D-Druck einer CuCrZr-Legierung fixiert. Dadurch funktionierte der Kühlwasserkreislauf um 40 % besser, die Zeit für die Herstellung eines Stücks wurde von 18 Sekunden auf 12 Sekunden verkürzt und der Energieverbrauch sank um 22 %.
2. Anpassungsfähigkeit des Prozesses: von der Einzelreparatur bis zur Verbundwerkstofffertigung
Der Hauptvorteil von 3D-Druck-Reparaturformen aus Metall besteht darin, dass sie flexibel genug sind, um eine präzise Steuerung der Reparaturleistung durch gemeinschaftliches Design von Materialien, Techniken und Strukturen zu ermöglichen.
Laserselektives Schmelzen (SLM): Eine Standardtechnologie für Reparaturen mit hoher Präzision
Die SLM-Technologie verwendet Laserpunkte mit einer Breite von 25 bis 50 μm, um Dinge mit sehr kleinen Defekten, einschließlich Präzisionsformen, zu reparieren. Bei der Reparatur einer Halbleiter-Verpackungsform wurde die SLM-Technologie eingesetzt, um eine 0,05 mm dicke Reparaturschicht aus 17-4PH-Stahl mit einer Maßgenauigkeit von ± 0,02 mm und einer Oberflächenrauheit von Ra kleiner oder gleich 0,8 μm zu drucken. Nach der Fixierung kann die Form direkt in die Produktion gehen, ohne dass sie noch einmal poliert werden muss.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM): Eine neue Möglichkeit, Hochtemperaturlegierungen schnell und einfach zu reparieren
Die EBM-Technik nutzt Elektronenstrahlen als Wärmequelle, um schnell Prototypen aus Materialien wie Kupfer und Titan herzustellen, die im Vakuum Licht gut reflektieren. Um eine Form für die Brennkammer eines Raketentriebwerks zu reparieren, wurde die EBM-Technologie zum Drucken von Kühlkanälen aus einer CuCrZr-Legierung eingesetzt. Dies geschah mit einer Geschwindigkeit von 200 cm³/h, was fünfmal schneller ist als bei der SLM-Technologie. Die Reparaturschicht hatte eine Dichte von 99,9 % und eine Wärmeleitfähigkeit, die der von Schmiedestücken ähnelte.
Directed Energy Deposition (DED): Schnelle Lösung für große Formen
Die DED-Technologie ermöglicht schnelle Reparaturen großer Formen durch gleichzeitige Pulverzufuhr. Es eignet sich gut für die Reparatur großer Geräte wie Druckgussformen und Schmiedeformen. Mithilfe der DED-Technologie wurde eine Reparaturschicht aus H13-Stahl auf einer Fläche von 0,5 m² auf eine Schmiedeform für ein Windkraftanlagenlager gedruckt. Die zur Behebung des Problems benötigte Zeit wurde von 15 Tagen auf 72 Stunden verkürzt, und die Haftfestigkeit zwischen der Reparaturschicht und dem Substrat erreichte 500 MPa, was für Hochdruckschmiedeeinstellungen erforderlich ist.
3. Einsatz im Geschäftsleben: Von der Reparatur vor Ort bis zur Verwaltung des gesamten Lebenszyklus
Die Reparaturtechnologie für den 3D-Metalldruck hat sich von der Einzelformreparatur zum Formenlebenszyklusmanagement weiterentwickelt und ein geschlossenes -Kreislaufsystem für die „vorbeugende Reparatur, Wiederaufbereitung funktionaler Upgrades“ geschaffen:
Vorbeugende Reparatur: Wartung, die auf Daten basiert und im Voraus durchgeführt wird
3D-Druck-Reparaturen können im Voraus durchgeführt werden, indem Sensoren in die Form eingebaut werden, um Dinge wie Temperatur und Spannung in Echtzeit im Auge zu behalten, und mithilfe der Digital-Twin-Technologie erraten werden kann, wo die Form versagen wird. Ein bestimmtes Unternehmen, das Autoteile herstellt, hat Temperatursensoren in Druckgussformen eingebaut. Wenn die Kerntemperatur den kritischen Wert überschreitet, beginnt der Reparaturvorgang für den 3D-Druck der CuCrZr-Legierung von selbst. Dadurch hält die Form 500.000 Mal länger als sonst.
Funktionserweiterung: Betrachten Sie Reparatur als eine Möglichkeit, Dinge besser zu machen
Während des Reparaturprozesses verwenden wir neue Strukturen wie konforme Kühlung und leichte Gitter, um die Funktion der Form zu verbessern. Bei der Reparatur einer Spritzgussform für eine Handyhülle wurden mittels 3D-Druck topologieoptimierte Kühlkanäle in den Formkern eingebracht. Dadurch wurde die Verzugsverzerrung des Produkts von 0,8 mm auf 0,2 mm reduziert. Durch die Gitterstruktur konnte außerdem das Gewicht der Form um 30 % und der Energieeinsatz um 15 % gesenkt werden.
Wiederaufbereitung: Ein Wiederaufbau lohnt sich in einer Kreislaufwirtschaft
Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie zur Neuanfertigung kaputter Formen können die Reparaturkosten auf 40 % der Kosten neuer Formen gesenkt werden. Bei der Wiederaufbereitung einer Form für eine Flugzeugtriebwerksschaufel wurde der verschlissene Hohlraum mit 3D-Druck aus der Inconel 718-Legierung repariert. Nach der Reparatur funktionierte die Form zu 90 % genauso gut wie eine neue, und die Zeit, die für die Reparatur benötigt wurde, verkürzte sich von 3 Monaten auf 3 Wochen, was eine Menge Geld bei der Produktion sparte.