Diferentes materiais de impressão em metal podem ser usados ​​para reparo de moldes?

1. Adaptação do desempenho do material: desde consertar uma coisa até melhorar sua função
As principais coisas que precisam ser feitas para consertar um molde são torná-lo geometricamente correto novamente, torná-lo mais resistente ao desgaste, à corrosão e à fadiga térmica. Diferentes materiais de impressão metálica podem ser personalizados para diferentes funções de reparo, alterando sua composição e melhorando o processo de impressão.
Série de aço inoxidável: uma opção acessível para todos os reparos
O aço inoxidável 316L é um dos materiais mais populares para reparo de moldes, pois é robusto e resistente à ferrugem. Possui uma grande janela de impressão, pode responder facilmente à energia do laser e o tecido que imprime é espesso. Funciona bem para fixar moldes que precisam estar bem limpos, inclusive aqueles usados ​​para embalar alimentos e fazer conchas para eletrodomésticos. Por exemplo, uma empresa que fabrica eletrodomésticos empregou impressão 3D em aço inoxidável 316L para fixar a superfície de separação de moldes de injeção. A camada de reparo e o substrato tinham uma resistência de ligação metalúrgica de 450MPa, e a resistência à corrosão por íons cloreto era três vezes melhor do que a da galvanoplastia padrão. O tempo necessário para consertar as coisas foi reduzido de 7 dias para 48 horas.
17-O aço de endurecimento por precipitação martensítica 4PH é tratado para envelhecer, o que faz com que as fases de reforço precipitem. Tem uma dureza de HRC45-55 e é bom para reparo de bordas de matrizes de estampagem de alta carga. Essa substância foi empregada por um certo fabricante de peças automotivas para consertar moldes convexos de matrizes progressivas, o que os fez durar 200 mil vezes mais e reduziu em 60% o custo de fixação de uma única peça.
Série Tool Steel: Um grande avanço no desempenho em ambientes quentes
Como pode suportar fadiga térmica e endurecer, o aço para molde para trabalho a quente H13 é frequentemente usado para fixar-moldes de fundição sob pressão. No reparo tradicional, o aço H13 requer controle do tamanho de seus grãos por forjamento e tratamento térmico. Na impressão 3D, por outro lado, a tecnologia de deposição de energia direcionada (DED) pode gerar diretamente pequenas estruturas de grãos (ASTM graus 8-10). A impressão 3D em aço H13 foi utilizada para fixar o núcleo de um molde de fundição sob pressão para um bloco de cilindros de motor. A vida útil da fadiga térmica da camada de reparo foi 12.000 vezes maior que a da soldagem comum. Não necessita de nenhum tratamento térmico adicional, o que reduz pela metade o prazo de entrega.
O aço para ferramentas D2 tem alto teor de carbono e cromo (C 1,5%, Cr 12%) e dureza Rockwell de HRC60 ou superior. É bom para fixar a ponta de matrizes de estampagem a frio. Um fabricante de conectores eletrônicos empregou impressão 3D em aço D2 para fixar matrizes de estampagem precisas. Após o reparo, a altura da rebarba caiu de 0,05 mm para 0,01 mm e a taxa de certificação do produto aumentou de 92% para 98%.
Série de ligas-de alta temperatura: garantia de desempenho mesmo nas piores circunstâncias de trabalho
Ligas de-alta{1}}temperatura à base de níquel, como Inconel 718, permanecem fortes a 650 graus e podem ser usadas para fixar moldes para pás de motores de aeronaves e forjamento em alta-temperatura. É provável que o Inconel 718 falhe durante os reparos tradicionais devido a rachaduras térmicas. No entanto, a impressão 3D pode interromper a formação de cristais colunares e manter a taxa de fissura abaixo de 0,1%, alterando as táticas de digitalização (como rotação intercamadas de 67 graus) e a densidade de energia (80-100J/mm³). Um fabricante de aviação utilizou o Inconel 718 para consertar moldes para forjar discos de turbinas. Após ciclos térmicos de 620 graus/10.000, a camada de reparo não quebrou e a vida útil do molde foi estendida para três vezes a do molde original.
Série de liga de cobre: ​​uma opção personalizada para eliminar rapidamente o calor
Ligas de cobre, como CuCrZr, são ótimas para fixar sistemas de resfriamento de moldes porque podem conduzir muito bem o calor, com uma condutividade térmica de 200–300 W/(m·K). Devido aos limites estruturais, o canal de água de resfriamento nos processos tradicionais de perfuração provavelmente esfriará de forma desigual. Com a impressão 3D, você pode criar imediatamente um canal de resfriamento conformado. Um molde de pára-choque de carro foi fixado com impressão 3D em liga CuCrZr. Isso fez com que o circuito de água de resfriamento funcionasse 40% melhor, reduziu o tempo necessário para fazer uma peça de 18 para 12 segundos e reduziu o uso de energia em 22%.
2. Adaptabilidade do processo: desde reparo único até fabricação de compósitos
O principal benefício dos moldes de reparo de impressão 3D de metal é que eles são flexíveis o suficiente para permitir o controle preciso do desempenho do reparo por meio do design colaborativo de materiais, técnicas e estruturas.
Fusão seletiva a laser (SLM): uma tecnologia padrão para reparos com alta precisão
A tecnologia SLM usa pontos de laser com 25 a 50 μm de largura para consertar itens com defeitos muito pequenos, incluindo moldes de precisão. Ao reparar um molde de embalagem semicondutor, a tecnologia SLM foi empregada para imprimir uma camada de reparo de aço 17-4PH de 0,05 mm de espessura com uma precisão dimensional de ± 0,02 mm e uma rugosidade superficial de Ra menor ou igual a 0,8 μm. Depois de fixado, o molde pode ir direto para a produção sem precisar ser polido novamente.
Fusão por feixe de elétrons (EBM): uma nova maneira de consertar ligas de alta{0}temperatura de maneira rápida e fácil
A técnica EBM usa feixes de elétrons como fonte de calor para fazer rapidamente protótipos de materiais como cobre e titânio que refletem bem a luz no vácuo. Para fixar um molde para uma câmara de combustão de motor de foguete, a tecnologia EBM foi utilizada para imprimir canais de resfriamento de liga CuCrZr. Isso foi feito a um ritmo de 200 cm³/h, cinco vezes mais rápido que a tecnologia SLM. A camada de reparo tinha densidade de 99,9% e condutividade térmica semelhante à dos forjados.
Deposição de energia dirigida (DED): solução rápida para moldes grandes
A tecnologia DED permite reparos rápidos de moldes grandes, alimentando pó ao mesmo tempo. Ele funciona bem para consertar equipamentos enormes, como-moldes de fundição sob pressão e moldes de forjamento. A tecnologia DED foi utilizada para imprimir uma camada de reparo de aço H13 em uma área de 0,5m² em um molde de forjamento para um rolamento de turbina eólica. O tempo necessário para corrigir o problema foi reduzido de 15 dias para 72 horas, e a resistência de união entre a camada de reparo e o substrato atingiu 500 MPa, que é o necessário para configurações de forjamento de alta-pressão.
3. Uso nos negócios: desde consertar coisas na área até gerenciar todo o ciclo de vida
A tecnologia de reparo de impressão 3D de metal evoluiu do reparo de molde único para o gerenciamento do ciclo de vida do molde, criando um sistema-de circuito fechado de "remanufatura de atualização funcional de reparo preventivo":
Reparo preventivo: manutenção baseada em dados e feita com antecedência
O reparo da impressão 3D pode ser feito com antecedência, colocando sensores no molde para monitorar coisas como temperatura e estresse em tempo real e usando a tecnologia digital twin para adivinhar onde o molde irá falhar. Uma certa empresa que fabrica peças de automóveis colocou sensores de temperatura em moldes-de fundição sob pressão. Quando a temperatura central ultrapassa o nível crítico, o procedimento de reparo de impressão 3D da liga CuCrZr é iniciado sozinho. Isso faz com que o molde dure 500.000 vezes mais do que duraria de outra forma.
Atualização funcional: pensando no reparo como uma forma de melhorar as coisas
Durante o processo de reparo, usamos novas estruturas, como resfriamento conformal e treliça leve, para fazer o molde funcionar melhor. No reparo de um molde de injeção para uma capa de celular, a impressão 3D foi utilizada para adicionar canais de resfriamento otimizados para topologia ao núcleo do molde. Isso reduziu a distorção de empenamento do produto de 0,8 mm para 0,2 mm. A estrutura treliçada também foi empregada para reduzir o peso do molde em 30% e o consumo de energia em 15%.
Remanufatura: vale a pena reconstruir em uma economia circular
Usar a tecnologia de impressão 3D para refazer moldes quebrados pode reduzir o custo de reparos em até 40% do custo de moldes novos. No processo de remanufatura de um molde para pá de motor de aeronave, a cavidade desgastada foi fixada com impressão 3D em liga Inconel 718. Depois de consertado, o molde funcionou 90% tão bem quanto um novo, e o tempo de conserto passou de 3 meses para 3 semanas, o que economizou muito dinheiro na produção.