Quels sont les avantages de l’acier inoxydable martensitique dans l’impression 3D de moules ?

一, Faisabilité technique : Passer du laboratoire à la chaîne de fabrication
1. Couverture complète du système matériel
L’impression 3D métal peut désormais fonctionner avec tous les matériaux généralement utilisés pour fabriquer des moules. Par exemple, la technologie de fusion laser sur lit de poudre (LPBF) peut imprimer des matériaux de moule classiques, notamment l'acier à outils H13, l'acier pour moule P20 et l'acier martensitique 1.2709. En ajustant finement-les paramètres du processus, des mesures importantes telles que la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure des pièces imprimées ont égalé ou dépassé les spécifications des matériaux de forgeage. Par exemple, une entreprise a utilisé la technologie LPBF pour réaliser des trous de moule en acier H13. La dureté est passée à 52HRC après traitement thermique et la durée de vie à la fatigue thermique était 40 % plus longue qu'avec un traitement typique. Il peut gérer plus de 500 000 cycles de moulage par injection.
L’impression 3D métal s’est avérée particulièrement avantageuse dans le domaine de matériaux spécifiques. Parce que les gens voulaient des matériaux à la fois hautement conducteurs et résistants à la corrosion, l'entreprise a créé un processus d'impression en alliage de cuivre-. Ce processus a un coefficient de conductivité thermique allant jusqu'à 380 W/(m · K), soit 25 % plus élevé que les moules traditionnels en cuivre au béryllium. Parce que les gens voulaient des matériaux légers, la technologie d'impression en alliage d'aluminium et en alliage de titane peut réduire le poids du moule de 30 à 50 % tout en préservant la résistance de la structure.
2. Des progrès sans limites dans la complexité structurelle
La fabrication de moules traditionnels est limitée par les limites géométriques du traitement soustractif. Pour fabriquer des structures complexes, des méthodes telles que le fractionnement, l’épissage et le soudage doivent être utilisées, ce qui rend les moules moins précis et raccourcit leur durée de vie. L'impression 3D métallique peut créer immédiatement n'importe quelle forme complexe, en particulier les nouvelles formes comme les canaux de refroidissement conformes, l'acier respirant et le remplissage matriciel.
Par exemple, les méthodes de forage traditionnelles ne peuvent créer que des canaux d'eau en forme de ligne droite ou simple-. En revanche, l’impression 3D peut créer des canaux d’eau irréguliers comme des formes en spirale, en branche d’arbre et en veines de feuilles biomimétiques, ce qui peut améliorer l’efficacité du refroidissement de plus de 40 %. Après avoir utilisé une conception de canal optimisée en topologie pour un moule destiné à une bande décorative pour un cadre de porte de voiture, le temps nécessaire pour fabriquer une pièce est passé de 120 secondes à 75 secondes, et le taux d'élasticité est passé de 89 % à 98 %. Les entreprises qui fabriquent de l'acier respirant ont pu gérer avec précision l'ouverture de 0,04 mm grâce à la technologie d'impression à couche poreuse. Cela a triplé l’efficacité d’échappement des moules et résolu des problèmes tels que les lignes de soudure et les bulles qui se produisent lorsque le gaz est piégé.
3. Améliorer constamment la qualité de la surface et la précision
Les premières impressions 3D métalliques avaient du mal à répondre aux besoins de haute-précision de la fabrication de moules, car la force de liaison intercouche n'était pas assez forte et la surface était trop rugueuse. Mais ce problème a été résolu grâce au progrès technique. À l'heure actuelle, les machines d'impression 3D métal haut de gamme peuvent fabriquer des pièces avec une précision dimensionnelle de ± 0,05 mm et une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 1,6 μm. Lorsqu'il est utilisé avec le polissage, le sablage et d'autres étapes, il peut rendre la surface aussi lisse qu'un miroir.
Par exemple, la technologie TrueShape de Mantle utilise une combinaison « d'usinage CNC à 3 - axes + dessin et impression + conception de logiciels » pour créer des cavités de moule avec une grande précision. Ce procédé imprime une cavité de moule en acier H13 avec une rugosité de surface Ra de seulement 0,8 μm, ce qui signifie qu'elle peut être utilisée immédiatement pour le moulage par injection à haute brillance sans avoir besoin d'être polie au préalable. Cette technologie permet également l'impression composite multi-matériaux, qui peut appliquer des revêtements résistants à l'usure sur la surface du moule. Cela peut faire durer le moule plus de trois fois plus longtemps que les méthodes traditionnelles.
2, Pratique industrielle : du test des idées à leur utilisation à grande échelle
1. Moules automobiles : une double révolution en termes de coût et d’efficacité
L'impression 3D métal a dépassé le stade de la vérification des idées pour devenir une utilisation à grande échelle-dans le domaine des moules automobiles. Une entreprise qui fabrique des voitures utilise la technologie LPBF pour fabriquer des moules pour les culasses de moteurs. Le cycle de moulage par injection est 37,2 % plus court et le coût de chaque article est inférieur de 22 % lorsque la conception du canal d'eau de refroidissement conforme est améliorée. Ce qui est encore plus impressionnant, c'est que cette technologie permet de « mouler une seule fois » des moules sans avoir à attendre que le moule s'ouvre. Cela réduit le temps nécessaire au développement de nouveaux produits de 6 à 2 mois et accélère considérablement le temps de réaction sur le marché.
L’impression 3D métal fonctionne également très bien pour fabriquer des moules légers. Une certaine entreprise de véhicules à énergie nouvelle fabrique des moules pour plateaux de batterie en utilisant la technologie d'impression en alliage d'aluminium. Le poids du moule est réduit de 45 % et l'énergie utilisée pour le moulage par injection est réduite de 18 %, tout en conservant la solidité du moule. Le moule a subi 200 000 cycles de moulage par injection, il fonctionne bien et est fiable.
2. Moules médicaux : la meilleure façon de fabriquer les choses exactement comme vous le souhaitez
Le corps médical a besoin de moules très spécifiques et individualisés, et l’impression 3D métal est le meilleur moyen d’y parvenir. Une entreprise qui fabrique des moules pour implants orthopédiques utilise la technologie d'impression en alliage cobalt-chrome pour fabriquer des moules « spécifiques au patient ». Un modèle numérique du moule est réalisé immédiatement en obtenant des données osseuses du patient via un scanner. Le moule peut être précis à 0,02 mm près après l’impression 3D, ce qui signifie qu’il s’adapte exactement au corps du patient. Cette technique a été utilisée dans plus de 5 000 procédures et a permis de réduire de 30 % le temps nécessaire aux patients pour récupérer après une intervention chirurgicale et le nombre de complications à moins de 1 %.
L’impression 3D métal présente également des avantages distincts dans le domaine des moules pour dispositifs médicaux. Une certaine entreprise fabrique des moules pour stents cardiaques en utilisant la technologie d’impression en alliage de titane. Le risque de thrombose est considérablement réduit en rendant la surface de la cavité du moule aussi lisse que possible, ce qui abaisse la rugosité de surface Ra du stent à moins ou égale à 0,2 μm. Ce moule a été certifié par la FDA et est le premier moule de stent cardiaque imprimé en 3D au monde.
3. Moules aérospatiaux : la meilleure utilisation des matériaux hautes-performances
L’industrie aéronautique a besoin de moules capables de supporter des températures élevées, très solides et très légers. L’impression 3D métal est une nouvelle façon d’y parvenir. Une certaine entreprise fabrique des moules pour les aubes de moteurs d'avion en utilisant la technologie d'impression d'alliages à base de nickel-. Le poids du moule est réduit de 35 % grâce à l'optimisation de la structure de remplissage en treillis, et il reste stable à une température élevée de 1 200 degrés. Le moule a subi 2000 tests de cycles thermiques et ses performances sont bien meilleures que celles des moules de coulée classiques.
L’impression 3D métal fonctionne également très bien pour réaliser des moules pour pièces de satellites. Une entreprise fabrique des moules pour supports de satellite en utilisant la technologie d’impression en alliage d’aluminium. Grâce à une conception d'optimisation topologique, le poids des moules est réduit de 60 % tout en étant capables de maintenir leur poids, ce qui réduit le coût de lancement des fusées. Ce moule a été utilisé pour fabriquer plus de 10 satellites et il fonctionne bien et de manière cohérente.