Мы нашли правильную смесь материалов для изготовления компонентов из HSS с использованием процесса SLM и даже добавлением карбидных добавок для обеспечения высокой износостойкости.
Для решения проблемы печати из быстрорежущей стали
Мы начали строить наши детали с использованием инструментальной стали 1.2709/A646 M300, которая известна большой твердостью и высокой пластичностью и была доступна от поставщиков материалов для процесса SLM. До сих пор лишь немногие из широко используемых сталей были квалифицированы для процесса SLM в машиностроении, которое обычно использует горячие инструментальные стали с содержанием углерода менее 0,5%. Однако штамповка штампов, требуют высоких износостойких стальных сплавов с высокой твердостью, которые могут быть достигнуты с более высоким содержанием углерода, как в быстрорежущих сталях (HSS). Но при обработке с помощью SLM эти стали часто образуют трещины, что делает процесс очень сложным для контроля.
Благодаря селективному применению сплавов мы смогли скорректировать свойства материала стали 1.2709 для наших целей. Однако наши штампы подвергаются экстремальным деформациям и поэтому требуют материала с высокой устойчивостью к износу и разрыву, чтобы свести истирание к минимуму. Итак, мы изготовили часть матрицы из HSS, которую затем должны были приварить к печатной несущей конструкции. Это не идеальный процесс для достижения эффективного производственного процесса или длительного срока службы инструмента, так как сварной шов является источником потенциальных трещин и преждевременного выхода инструмента из строя.
В результате мы начали экспериментировать с промышленно доступными стальными порошками для присадок. Вскоре нашли подходящую смесь материалов для изготовления компонентов из HSS с использованием процесса SLM и даже добавлением карбидных добавок для обеспечения высокой износостойкости. Поскольку HSS- стали с высоким содержанием углерода не являются готовыми материалами для 3D-печати, мы решил разработать высокопрочные материалы для аддитивного производства, включая настройку всех технологических параметров и настройку машин под эти особые требования.
Проблема с печатными материалами с высоким содержанием углерода заключается в том, что их трудно расплавить и сплавить из-за их высокой твердости и хрупкости, что делает их легко растрескивающимися из-за теплового напряжения во время процесса SLM. Поэтому мы должны проверить и оценить влияние критических технологических параметров, таких как мощность лазера, скорость сканирования, расстояние штриховки, фокус лазера и толщина слоя, на микроструктуру, твердость и плотность печатных компонентов.
Чтобы полностью сосредоточиться на разработке печатаемых сталей, демонстрирующих необходимую твердость для своих инструментов, мы решил основать отдельную компанию, которая должна была сосредоточиться исключительно на аддитивном бизнесе.
Чтобы оптимизировать свойства стали, мы добавляли в порошок карбиды и алмазы, испытывали матрицу на своей машине SLM и проводил микрографические тесты, включая микроскопические анализы материалов в своей собственной лаборатории испытаний материалов.
Создание пользовательских параметров материала и процесса
Стартап под названием “Колибри " специализируется на разработке и испытании порошковых сплавов SLM, удовлетворяющих критериям твердости не менее 60 HRC и соответствующим технологическим параметрам и настройкам станка. Для нас аддитивное производство предлагает не только абсолютную бесконечную свободу конструкции, но и создание из них нового сплава. Мы смешиваем сталь, алюминий или другие материалы с сплавами, такими как никель или хром (а также карбид или алмазы), чтобы создать уникальный композитный материал с металлической матрицей.
Сталь 1.2709 с твердостью 54 HRC и содержанием углерода 0.03%, которую мы использовали, просто не соответствовала нашим требованиям к твердости. Поэтому мы начали использовать быстрорежущую сталь (1.3343), которая идеально подходит для инструментов холодной штамповки, ударных экструзионных пуансонов и штампов или формовочных вставок, отличающихся высокой износостойкостью в сочетании с высокой прочностью и прочностью на сжатие.
Чтобы оптимизировать свойства стали, мы добавляли в порошок карбиды и алмазы, испытывали матрицу на своей машине SLM и проводил микрографические тесты, включая микроскопические анализы материалов в своей собственной лаборатории испытаний материалов. Высокие скорости охлаждения процесса SLM делают печать стали еще более сложной задачей из-за термического усталостного растрескивания, пористости и отсутствия плавления. Чтобы противодействовать образованию трещин, опорная плита машины должна быть предварительно нагрета до более чем 300°C, уменьшая температурный градиент и внутренние напряжения. Одна из самых важных патентных заявок- это оптимальное распределение тепла в процессе печати.
Чтобы повысить эффективность процесса для инструментальной стали, HSS или других труднопроизносимых материалов, необходимо понимать влияние всех параметров печати на печатное поведение металлических материалов. Существует около 200 параметров машины, которые должны быть оптимизированы, потому что цель- это 100% плотность деталей. Правильные настройки параметров дают плотность от 99,8% до 99,9%. Для сравнения, многие стандартные параметры от производителей машин достигают плотности только до 98%, что отрицательно сказывается на конечных функциональных деталях.
Увеличение твердости материла до твердости карбида
В настоящее время наша компания имеет большой опыт и знания в области печати твердых металлов с содержанием углерода до 0,9% благодаря своим обширным исследованиям и разработкам.
Некоторые неблагоприятные воздействия лазера на смесь материалов дают благоприятные свойства материала. Например, я заметил, что добавленные алмазы, которые сгорели в процессе плавки, привели к тому, что полученное содержание углерода увеличило твердость материала до 75 HRC.
Мы разработали различные композитные материалы с металлической матрицей, которые доступны для клиентов по штамповке, изготовлению пресс-форм, добыче полезных ископаемых. Мы настраиваем материалы в соответствии с требованиями заказчика, разрабатываем все необходимые параметры машины и настраивает машину SLM, включая сушку порошка внутри машины или предварительный нагрев опорной плиты.
Помимо инструментов и штампов для Webo, наша компания печатает цельные концевые фрезы, инжекционные форсунки и многие другие детали, включая литейные вставки, сердечники и полости, изготовленные из H13+ (хром-молибденовая инструментальная сталь H13 с более высоким содержанием хрома).
Этот материал позволяет печатать всю пресс-форму для литья под давлением, которая является коррозионностойкой и обеспечивает длительный срок службы. Многие литейщики используют более дешевую инструментальную сталь для изготовления основы, но гибридные литейные вставки представляют опасность преждевременного образования трещин в зоне сварки. Печать целых вставок из H13+ приводит к гораздо большему времени цикла впрыска.
Теперь мы хотимм стимулировать использование SLM для серийного производства путем автоматизации процесса, с акцентом на высокоуглеродистые и износостойкие стали в тесном сотрудничестве с различными производителями.
