Quelles sont les perspectives d’application de l’acier à outils dans l’impression 3D de métaux moulés ?

一, Un grand pas en avant technologique : de la « mise en œuvre des fonctions » au « saut de performance »
1. La capacité de créer des structures compliquées
La fabrication de moules à l'ancienne-utilise des méthodes telles que l'usinage CNC et l'usinage par électroérosion (EDM), ce qui rend difficile la création de formes complexes telles que des canaux d'eau de refroidissement conformes et des nervures de renfort internes. En faisant fondre de la poudre métallique couche par couche, la technologie LPBF peut imprimer directement des structures complexes intégrées. Par exemple, lors de la fabrication de moules pour le carter de transmission hybride, Toyota a utilisé le grand équipement LPBF à portique de Fraunhofer ILT et un nouvel acier à outils L-40 pour fabriquer des inserts de moule avec des canaux d'eau de refroidissement en forme de spirale. Cette structure rend la température du moule plus uniforme de 40 %, accélère son refroidissement de 30 %, réduit le retrait du produit de 67 % et augmente le taux de rendement à 98 %.
2. Améliorer le fonctionnement des matériaux
Lorsque vous imprimez en 3D de l’acier à outils, vous devez résoudre des problèmes tels que les fissures et les tensions résiduelles. Grâce à la technologie d'impulsions laser courtes, l'Université de technologie AGH en Pologne a réduit de moitié la densité de fissures de l'acier à outils pour travail à chaud H11. Ils ont également contrôlé la teneur résiduelle en austénite pour maintenir la plage de fluctuation de dureté à ± 5HV. Desktop Metal a également créé la technologie Single Shot Jet (SPJ), qui permet de réaliser rapidement des prototypes d'acier à outils D2 en pulvérisant un mélange de poudre métallique et de liant à grande vitesse. Il imprime 100 fois plus vite que le LPBF ordinaire et la densité du matériau est de 99,5 %, ce qui le rend plus résistant à l'usure que les pièces forgées ordinaires.
3. Un mélange de différentes manières de fabriquer les choses
L'acier à outils d'impression 3D est généralement réalisé avec d'autres techniques telles que l'usinage CNC et le grenaillage pour réaliser un processus unique appelé « soustractif additif ». La société Yisu, par exemple, utilise LPBF pour imprimer les principales sections fonctionnelles des moules, y compris les inserts de refroidissement conformes. Ces pièces sont ensuite usinées avec précision CNC jusqu'à une rugosité de surface de Ra.<0.4 μ m, which extends the life of the mold from 200,000 cycles to 500,000 cycles. This mode keeps the design freedom of 3D printing while still meeting the rigorous standards for accuracy and surface quality that molds need.
2, Demande dans l'industrie : de la "personnalisation haut de gamme" à "l'application à grande échelle"
1. L’industrie automobile : légère et axée sur l’accomplissement des tâches
Le coût de fabrication d'un moule automobile représente 30 à 40 % du coût total de développement de la voiture, et le processus peut prendre de 6 à 12 mois.. 3L'impression D de l'acier à outils peut rendre ce cycle beaucoup plus court. Par exemple, B&J Specialty utilise la technologie LPBF pour fabriquer des inserts de moule pour les pipelines automobiles. Cela réduit le temps du cycle de refroidissement de 1 minute à 40 secondes, augmente l'efficacité de la production de 30 % et prolonge la durée de vie du moule de 25 %. À mesure que le besoin de véhicules légers utilisant de nouvelles énergies augmente, l’utilisation de l’impression 3D en acier à outils dans des moules tels que les supports de batteries et les carters de moteur va également se développer.
2. Le domaine médical : des demandes spécifiques et individualisées
Les moules médicaux doivent répondre à des normes très exigeantes, notamment être biocompatibles et très précis. Grâce à une conception optimisée de la topologie, l’impression 3D en acier à outils peut créer des moules à la fois légers et utiles. Par exemple, une entreprise de dentisterie fabrique des moules invisibles pour appareils orthodontiques à l’aide de la technologie μ-LPBF, qui a une précision d’impression de 2 à 5 μm. La cohérence de la répartition de la force orthodontique est améliorée de 40 % grâce à une conception de refroidissement conforme, et le taux d'adaptation du patient passe de 85 % à 98 %. De plus, l'impression 3D à l'aide d'acier à outils peut également être utilisée pour fabriquer des articles de grande valeur tels que des guides chirurgicaux et des moules pour implants.
3. Electronique grand public : itération rapide et création de petits lots
Les appareils électroniques grand public ont une durée de vie courte et les mises à jour de moisissures sont fréquentes. Avec l'impression 3D en acier à outils, vous pouvez rapidement passer par le processus de « test d'impression de conception ». Par exemple, une certaine usine de moules de produits 3C fabrique des moules de cadres de téléphones portables avec LPBF. Cela rend la structure respirante avec une ouverture de 0,04 mm dans la zone d'échappement, réduit la pression d'injection de 30 % et augmente la durée de vie du moule de 40 %. Cette technique aide les entreprises à s’adapter rapidement aux changements du marché et à réduire les risques liés à un stock trop important.
3, Innovation matérielle : de la « performance unique » à « l'intégration multifonctionnelle- »
1. Fabriquer un nouvel acier à outils
Les fournisseurs de matériaux fabriquent de la poudre d’acier à outils spécifique en raison du fonctionnement de l’impression 3D. Par exemple, l'acier à outils L-40 sur lequel Fraunhofer ILT et Toyota ont travaillé ensemble offre un bon compromis entre une dureté élevée (HRC 52-55) et une bonne ténacité en ajustant les quantités d'éléments d'alliage comme le Cr, le Mo et le V. Ce matériau peut rester ferme à 80 % même à des températures très élevées de 600 degrés, ce qui le rend idéal pour les travaux très difficiles comme les moules de coulée à haute pression.
2. Structure composée de plusieurs matériaux
L’impression 3D avec de l’acier à outils passe de l’utilisation d’un seul matériau à l’utilisation de plusieurs. Par exemple, lorsqu'une entreprise imprime des moules à l'aide du LPBF, elle applique un revêtement d'alliage de cuivre sur la surface de la cavité du moule pour la refroidir rapidement, car le cuivre a une conductivité thermique élevée. L'acier à outils est utilisé dans le corps principal pour garantir sa solidité. Cette structure composite permet au moule de durer 60 % plus longtemps et supprime tout travail d'incrustation supplémentaire.
3. Utiliser des matériaux intelligents
La surveillance-en temps réel et le contrôle adaptatif des moules sont possibles lorsque des capteurs sont utilisés avec l'impression 3D d'acier à outils. Par exemple, une entreprise médicale a placé des capteurs de température dans des moules imprimés LPBF-et a utilisé des algorithmes d'IA pour modifier les paramètres d'injection en temps réel. Cela a rendu les produits 50 % plus cohérents. À l'avenir, les moules imprimés en 3D en acier à outils seront capables de s'auto--ajuster et de s'auto-réparer-grâce à des matériaux intelligents tels que les alliages à mémoire de forme et les matériaux auto-réparateurs.