Metal 3D baskı, kalıpların yüksek-hassasiyetle kalıplanmasını nasıl sağlayabilir?

一, Teknik prensip: mikro erime havuzundan makro doğruluğa, hassas kontrole
Metal 3D baskının ardındaki ana fikir, yüksek-enerjili ısı kaynakları kullanarak metal tozunu katman katman eritmektir. Bu, doğrudan dijital modellerden gerçek parçalara geçmeyi mümkün kılar. Örneğin, lazer seçici eritme (SLM) teknolojisine yönelik proses akışının dört ana adımı vardır:
Toz yayma: Çift yönlü bir kazıyıcı mekanizma, metal tozunu çalışma tezgahına eşit şekilde yayar. Kaplamanın kalınlığı, mikrometre-seviyesi doğruluğunun temelini oluşturan 5 ila 50 μm arasında çok hassas bir şekilde düzenlenebilir.
Lazer tarama: Bir f-teta mercek, çapı 100 μm'den küçük bir nokta oluşturmak için 200 W fiber lazerden gelen yüksek-enerjili ışına odaklanır. Toz, önceden tanımlanmış bir yol boyunca 3000 mm/sn hızla eritilir ve erimiş havuzun genişliği, noktanın çapının yaklaşık iki ila üç katı kadardır.
Katman katman istifleme: Her katman eritildikten sonra tezgah bir katman yüksekliği kadar aşağıya iner ve toz döşeme eritme işlemi, katman katman istiflenerek üç- boyutlu katı oluşumu elde edilene kadar tekrarlanır.
Atmosferi kontrol edin: Kalıplama odasını %0,1'den az oksijen içeren inert bir gazla dolu tutun. Bu, metalin oksitlenmesini önleyecek ve malzemenin performansını sabit tutacaktır.
Bu katman katman eritme yöntemi, kalıp içinde geleneksel yöntemler kullanılarak çalışılması zor olan karmaşık şekiller oluşturmayı mümkün kılar. Örneğin, Platinum BLT-S400 ekipmanı, çoklu-lazer işbirliğine dayalı tarama yoluyla 400 × 300 × 400 mm³ kalıplama boyutu için minimum özellik boyutunu 100 μm dahilinde ve orijinal yüzey pürüzlülüğü Ra'yı 8 μm dahilinde kontrol edebilir. Bu, çok yüksek doğrulukla kalıp yapmak için donanım desteği sağlar.
2, Teknolojiyi kullanarak doğruluğu artırmanın dört ana yolu
1. Isıyı eşit şekilde yaymaktan tam sıcaklık kontrolüne giden esnek bir soğutma kanalı
Tipik kalıp soğutma sistemi düz delikler veya delme teknolojileri kullanır ve soğutma suyu devresinin düzeni sınırlıdır. Bu durum kolaylıkla kalıbın eşit olmayan bir sıcaklık dağılımına sahip olmasına neden olabilir ve bu da üründe deformasyon ve büzülme gibi sorunlara yol açabilir. Metal 3D baskı teknolojisi bu engeli aştı. Topoloji optimizasyon tasarımı ile kalıp içerisinde kalıp boşluğunun şekline mükemmel uyum sağlayan uyumlu bir soğutma kanalı yapılabilmektedir.
Platinum Teknolojisi, soğutma suyu kanalının çapını 2-3 mm ve su kanalı aralığını 5-8 mm yapmak için BLT-18Ni300 kalıp çeliği ve 3D baskı kullanır. Bu, soğutma sıvısının yüksek sıcaklıktaki alanları doğrudan etkilemesini sağlar. Deneysel veriler, geliştirilmiş soğutma sisteminin, kalıbın yüzey sıcaklık farkını geleneksel prosedürlerde 15-20 dereceden 5 derecenin altına düşürebileceğini, enjeksiyon kalıplama döngüsünü %15-%30 oranında azaltabileceğini ve ürün verimini %10'un üzerinde artırabileceğini göstermektedir.
2. Hafif yapı: malzemenin alınmasından yapıyı daha iyi hale getirmeye kadar
Kalıpları eski yöntemlerle-yaparken, gereksiz malzemeler mekanik işlemlerle çıkarılır. Bu, kaynaklara mal olur ve karmaşık iç yapıların oluşturulmasını zorlaştırır. Topoloji optimizasyon yöntemlerini kullanan metal 3D baskı, kalıbı güçlü tutarken ihtiyaç duyulmayan öğeleri doğru şekilde kaldırabilir ve bu da hafif bir tasarıma yol açar.
Örneğin, bir araba parçası için kalıp yapmak amacıyla 3D baskı teknolojisinin kullanılmasının ardından ağırlık %35, malzeme maliyeti ise %28 oranında azaldı. Aynı zamanda hafif tasarım, kalıbın daha az ağır olmasını sağlar, kalıp değiştirme süresini %40 oranında azaltır ve üretim verimliliğini büyük ölçüde artırır. Yük taşımayan-bölümleri-kafes yapılarla doldurarak, sertlik kaybı olmadan ağırlık daha da azaltılabilir. Bu, kalıpları daha hafif hale getirmenin yeni bir yoludur.
3. Karmaşık Fonksiyon Entegrasyonu: Tek Yapıdan Birçok Fonksiyona
Metal 3D baskı, çeşitli fonksiyonel yapıları kalıplarda birleştirmeyi mümkün kılan katmanlı üretim özelliklerine sahiptir. Örneğin enjeksiyon kalıplarında ejektör mekanizması, kaydırıcı, soğutma suyu devresi ve diğer parçalar, montajı kolaylaştırmak ve yanlış gitme olasılığını azaltmak için tek parça halinde birleştirilebilir. Tıbbi kalıp senaryosunda, 3D baskı, eskiden 12 parçaya ihtiyaç duyan kalıbın yalnızca 2 parça halinde bir araya getirilmesini sağladı. Bu, kalıbın bir araya getirilmesi için gereken süreyi 8 saatten 1,5 saate düşürdü ve boyutsal toleransı ± 0,02 mm dahilinde tuttu.
4. Malzemelerde Yenilik: Evrensel Alaşımlardan Özel Malzemelere
Metal 3D baskı, paslanmaz çelik, alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları ve nikel-bazlı alaşımlar dahil olmak üzere çok çeşitli malzemelerle çalışabilir. Ayrıca tozun bileşimini değiştirerek malzemelerin özelliklerini de değiştirebilir. Örneğin, havacılık endüstrisinde nikel- bazlı bir alaşım olan Inconel 718 ile yapılan kalıplar, 650 dereceye kadar yüksek sıcaklıklarda bile güçlü kalabilir ve korozyona karşı direnç gösterebilir; bu, çok zorlu çalışma koşulları için gerekli olan şeydir. Tıp alanında, titanyum alaşımlarının gözenekliliğini (%30-70 değişebilir) ve gözenek boyutunu (200-600 μm) yönetmek, implantların ve insan kemiklerinin birlikte daha iyi çalışmasına yardımcı olabilir ve bu da ameliyatın daha başarılı olmasını sağlayabilir.
3, İşlem sonrası-teknoloji: kaba kalıplamadan mükemmel doğruluğa
Metal 3D baskının orijinal şekillendirme hassasiyeti mikrometre düzeyinde olsa da, kalıp yüzeyi kalitesi, boyut doğruluğu ve diğer konularda sıkı standartları karşılamak için -sonraki işleme teknolojisinin hâlâ eklenmesi gerekmektedir.
Isıl işlem, artık gerilimleri ortadan kaldıran ve malzemelerin mikro yapısını geliştiren bir prosedürdür. Bazı örnekler çözelti tavlaması ve yaşlandırmadır. Örneğin, H13 takım çeliğinin sertliği, 1050 derecede çözelti işlemi ve 620 derecede yaşlandırma işleminin ardından 38HRC'den 52HRC'ye çıkabilir. Aşınma direnci de çok daha iyi hale gelir.
Yüzey işleme: Yüzeyi daha iyi hale getirmek için kumlama, cilalama, elektrokaplama ve diğer yöntemler kullanılır. Mekanik parlatma yoluyla, belirli bir hassas kalıp kutusunun yüzey pürüzlülüğü Ra8 µm'den Ra0,4 µm'ye düşürüldü. Bu, optik sınıf ürünler için enjeksiyonlu kalıplama standartlarını karşıladı.
Hassas işleme: Önemli parçaların sıkı boyut toleranslarıyla CNC frezelenmesi veya EDM işlenmesi. Örneğin hem 3D baskı hem de CNC kompozit imalat kullanılarak belirli bir bağlantı kalıbı yapılıyor ve birleştirme açıklığı dünyadaki en yüksek seviye olan 0,005 mm içerisinde tutuluyor.