Quais são os defeitos comuns de impressão 3D de metal na fabricação de moldes?

一, Falhas internas: assassinos que você não consegue ver e que tornam o mofo mais fraco
1. Porosidade
Os poros são as falhas internas mais comuns em moldes metálicos de impressão 3D. Eles surgem quando as matérias-primas em pó, os parâmetros de processo e o ambiente de proteção corretos não são usados. A fonte diz que pode ser dividido em dois grupos:
Poros conectados às matérias-primas: Quando as gotículas de metal se solidificam, o gás dentro delas não escapa totalmente. Em vez disso, forma poros com apenas alguns micrômetros de largura. Por exemplo, se o pó da liga de titânio Ti-6Al-4V contiver bolhas, elas irão direto para o item que está sendo impresso.
Porosidade causada pelo processo: Se a densidade de energia do laser for muito baixa, o pó metálico não derrete totalmente. Se a energia for muito alta, a poça de fusão se move muito, o que puxa o gás. Por exemplo, no processo SLM (Selective Laser Melting), se a velocidade de varredura for muito alta ou a espessura da camada for muito grande, a poça de fusão torna-se menos estável e poros esféricos ou elípticos se formam rapidamente.
Impacto: Os poros podem diminuir a densidade do molde (normalmente acima de 99%), o que pode diminuir bastante sua resistência à tração e vida à fadiga. Estudos demonstraram que um aumento de 1% na porosidade pode levar a uma diminuição de 20% a 30% na vida à fadiga dos moldes Ti-6Al-4V.
2. Sem fusão
Os defeitos de não{0}}fusão aparecem como ligações fracas entre camadas ou linhas de varredura. Isso geralmente acontece quando não há entrada de energia suficiente ou quando são aplicados procedimentos de varredura incorretos. Por exemplo:
Falta de fusão entre camadas: Quando a intensidade do laser é muito baixa ou a espessura da camada é muito grande, as camadas de metal próximas umas das outras não derretem completamente, deixando lacunas nas bordas afiadas.
Fusão incompleta das linhas de varredura: Se as linhas de varredura estiverem muito distantes ou o laser não se sobrepor o suficiente, haverá partículas de pó não derretidas entre elas.
Impacto: falhas não{0}}de fusão podem enfraquecer bastante a resistência ao cisalhamento e ao impacto do molde, especialmente quando ele está sob cargas dinâmicas. Isso aumenta a probabilidade de quebrar. Por exemplo, durante o processo de estampagem de moldes de automóveis, falhas de fusão parciais podem causar rachaduras ou descamação da superfície do molde.
2, Defeitos superficiais: um grande problema que torna os moldes menos precisos
1. Rugosidade da superfície
A rugosidade da superfície dos moldes para impressão 3D de metal é geralmente Ra 10–20 μm, que é substancialmente maior do que Ra 0,8–3,2 μm do processamento regular. Há muitas coisas que podem causar isso, como:
Degrau de escada: A forma como é feita, empilhando camadas umas sobre as outras, confere-lhe um formato escalonado nas laterais.
Mudanças na poça de fusão: Quando o metal líquido solidifica, ele pode produzir saliências ou quedas se a tensão superficial na poça de fusão for irregular ou o fluxo de ar protetor for instável.
Impacto: A alta rugosidade da superfície pode causar o acúmulo de tensão e reduzir a vida útil do molde. Ao mesmo tempo, superfícies ásperas tendem a absorver sujeira e outras impurezas presentes em lubrificantes ou fluidos de corte, o que acelera o desgaste. Por exemplo, em moldes de injeção, muita rugosidade na superfície pode causar marcas de fluxo ou brilho irregular na superfície das peças plásticas.
2. Bola
A esferoidização é um problema comum na produção de leitos de pó-metálicos. Acontece quando o metal líquido se solidifica em partículas esféricas devido à tensão superficial. Há muitas coisas que podem causar isso, como:
Baixa densidade de energia: O pó metálico não derrete completamente, formando partículas esféricas separadas.
Alta densidade de energia: A poça derretida espirra violentamente e as gotas se transformam em bolas no pó que ainda não derreteu.
Impacto: A esferoidização pode tornar a camada de pó menos lisa, o que pode levar à distribuição irregular do pó e até mesmo danificar o raspador ao imprimir a próxima camada. Ao mesmo tempo, as partículas esferoidizadas piorarão a qualidade da superfície do molde e dificultarão o polimento.
3, Defeitos estruturais: possíveis perigos que podem afetar a estabilidade do molde
1. Estresse e rachaduras restantes
Durante o processo de impressão 3D de metal, o estresse térmico aumenta porque o metal aquece e esfria rapidamente. Se a tensão residual for superior ao limite de escoamento do material, pode induzir fissuras. Existem diferentes tipos de rachaduras, como:
Rachaduras de solidificação: A diferença de temperatura entre a poça derretida e o metal solidificado é muito grande, então o metal líquido não flui bem e não pode compensar a deformação por contração.
Fazendo algo líquido Rachadura: Os limites dos grãos na zona de fusão parcial derretem e racham quando são submetidos a estresse térmico.
Impacto: As fissuras podem causar a falha direta do molde, principalmente em locais com altas temperaturas ou materiais corrosivos, onde as fissuras se espalham mais rapidamente. Em moldes-de fundição sob pressão, por exemplo, falhas podem permitir vazamento de líquido de alumínio, o que pode apresentar problemas de segurança.
2. Deformação por empenamento
A incompatibilidade de tensão térmica entre o substrato e o item impresso é a fonte mais comum de deformação por empenamento. Ela aparece como curvatura para cima ou distorção geral da borda da peça impressa. A seguir estão algumas das coisas que podem causar isso:
Pré-aquecimento insuficiente do substrato: Quando a impressão começa, o substrato e o pó estão em temperaturas bastante diferentes, o que causa encolhimento irregular.
A estrutura de suporte não está bem projetada: Quando a estrutura de suporte e a parte impressa são conectadas, a tensão aumenta, o que causa deformação quando a conexão é liberada.
Impacto: Empenamentos e deformações podem fazer com que o molde fique com o tamanho errado, impossibilitando a montagem das peças certas. Nas piores circunstâncias, tem de ser deitado fora e criado novamente, o que aumenta o custo da sua construção. Por exemplo, ao fazer grandes moldes de injeção, o empenamento e a deformação podem causar muita folga no molde, o que faz com que as peças plásticas se quebrem.
4, Estratégia de otimização: controle total do processo do início ao fim
1. Melhorando os parâmetros do processo
Controlando a densidade de energia: Para tornar a poça de fusão mais estável, altere a potência do laser, a velocidade de digitalização e a espessura da camada. Por exemplo, para manter o nível de fusão correto e o risco de respingos baixo, o material Ti-6Al-4V deve ter uma densidade de energia de 40–60J/mm³.
Projetando uma estratégia de varredura: Use varredura em ilha, varredura em tabuleiro de xadrez ou táticas de varredura rotacional para evitar o aumento do estresse térmico. Por exemplo, girar cada camada 67 graus na direção da varredura pode ajudar a eliminar muito estresse residual.
2. Tecnologia para pós{1}}processamento
A prensagem isostática a quente (HIP) elimina os poros internos e aumenta a densidade para mais de 99,9% em configurações de alta-pressão e alta-temperatura. Por exemplo, moldes SLM tratados-com HIP podem ter sua resistência à fadiga aumentada em mais de 50%.
Processamento e polimento por máquina: Você pode obter uma superfície com Ra menor ou igual a 0,4 μm empregando usinagem CNC para reduzir a rugosidade e, em seguida, polimento eletrolítico ou retificação vibratória.
3. Atualizações de ferramentas e materiais
Controle de qualidade para pó: para reduzir falhas nas matérias-primas, escolha pós que sejam de alta-qualidade, tenham alta esfericidade, fluam bem e tenham baixa concentração de oxigênio. Por exemplo, os pós produzidos por atomização têm uma esfericidade superior a 95%.
Aprimorando a precisão do equipamento: para obter uma precisão de posicionamento de ± 5 μm e reduzir os efeitos de passo, usamos lasers de alta-precisão, sistemas de foco dinâmico e controle de feedback-de circuito fechado.