Quelle est la durée de vie des moules d’impression 3D métalliques ?

1. Innovation matérielle : nouvelles utilisations des alliages à haute résistance
Les qualités du matériau déterminent la durée de vie d’un moule. Le traitement thermique et les défauts internes limitent la durée de vie en fatigue des aciers pour moules typiques comme le H13 et le S136. D’un autre côté, les matériaux spéciaux d’impression 3D métal ont considérablement amélioré leurs performances en modifiant leur composition et leurs procédures.
Les aciers à ultra-haute résistance CX (Corrax) et 1.2709 (18Ni300) sont utilisés dans l'industrie : les résistances à la traction de ces deux matériaux sont de 1 700 MPa et 2 000 MPa, tandis que leurs limites d'élasticité sont supérieures à 1 600 MPa. Lorsqu'il s'agit de moules à injection, le CX dure aussi longtemps que l'acier S136 ; lorsqu'il s'agit de moules de moulage sous pression-, le 1.2709 dure aussi longtemps que l'acier H13. Par exemple, une entreprise qui fabrique des véhicules électriques utilise du matériau 1.2709 pour fabriquer des moules de moulage sous pression-pour les coques de batteries. Grâce à une conception optimisée de la topologie, le poids du moule est réduit de 40 % et sa durée de vie est près de 80 000 fois plus longue, soit 40 % plus longue qu'avec les méthodes standards.
Un grand pas en avant dans la durabilité des alliages à haute-température : Optisys fabrique des moules de tuyères en alliage de cuivre pour des conditions très difficiles, comme les disques de turbine pour les moteurs d'avion, en utilisant la technologie DMLS. Il peut supporter des impacts à des températures allant jusqu'à 3 000 degrés et a une conductivité thermique de 380 W/(m · K). Sa durée de vie est trois fois plus longue que celle des méthodes de forgeage classiques.
Création sur mesure de matériaux spéciaux
L'alliage d'aluminium Al250C dure plus de 5 000 heures à une température élevée de 250 degrés, soit 50 fois plus longtemps que l'alliage d'aluminium Scalmalloy. Il a été beaucoup utilisé dans les composants structurels de l’aérospatiale, où il a remplacé certains composants en alliage de titane pour économiser de l’argent.
Shanghai Yisu Laser a fabriqué de l'acier moulé ESU-H13, un nouveau matériau en poudre. En améliorant la répartition des carbures, la durée de vie des moules de coulée sous pression est passée de 30 000 fois avec les techniques traditionnelles à 60 000 fois.
2. Optimisation des processus : contrôle complet de la chaîne, de la conception au moulage
Non seulement les qualités des matériaux affectent la durée de vie du moule, mais le contrôle complet du processus, de la conception au moulage, influence également la durée de vie du moule.
Conception innovante d'un canal d'eau de refroidissement conforme
Les caractéristiques de fabrication en couches de l'impression 3D métal permettent de créer des canaux de refroidissement conformes sophistiqués à l'intérieur du moule. Cela rend la température du moule plus uniforme, passant de ± 15 degrés à ± 3 degrés. Par exemple, Broadcom Precision a fabriqué un moule de moulage sous pression-pour un corps de cylindre de moteur pour un constructeur automobile international. En optimisant la disposition du canal d'eau de refroidissement grâce à la simulation, le temps de cycle a été réduit de 35 %, le taux de gauchissement du produit est passé de 0,8 % à 0,15 %, le taux de rendement a augmenté à 99,5 % et la durée de vie du moule a été multipliée par 100 000.
La technologie d’impression par greffage est désormais utilisée de manière mature.
La technologie d'impression par greffage relie l'élément imprimé en 3D à la base pour réaliser de grands moules rapidement et facilement. L'expérience a montré que l'impression par greffage et l'impression générale ne prolongent pas la durée de vie des moules, même si elles coûtent 60 % de moins. La fonction de greffage automatique de Huashu High Tech, par exemple, a une précision de placement de 0,05 mm, ce qui accélère considérablement la production.
Améliorer la précision des équipements multi-laser
Le Platinum BLT-S450 utilise une technologie de balayage synchrone à quatre lasers, ce qui rend le processus de moulage 300 % plus efficace. La technologie dynamique d'épandage de poudre maintient également la rugosité de la surface à Ra inférieur ou égal à 6,3 μm, ce qui réduit la quantité de travail de polissage nécessaire plus tard et prolonge la durée de vie du moule.
3. Technologie de post-traitement : le meilleur moyen de garantir les performances en fatigue
La longévité des moules d’impression 3D en métal est grandement affectée par des défauts internes tels que la porosité et le manque de fusion. La technique de post-traitement augmente considérablement la résistance à la fatigue des moules en éliminant les défauts et en les rendant plus organisés.
Correction des défauts en pressage isostatique à chaud (HIP)
La technologie HIP obtient la densité d'un matériau proche de 100 % en utilisant des températures et des pressions élevées pour éliminer les pores internes et les microfissures. Par exemple, une compagnie aéronautique a utilisé des moules de disques de turbine imprimés en 3D traités par HIP-, ce qui les a fait durer 200 % plus longtemps que les échantillons non traités et 95 % plus longtemps que les procédures de forgeage classiques.
Maîtriser correctement le processus de traitement thermique
Trempe et revenu : vous pouvez obtenir le meilleur équilibre entre dureté et ténacité dans le moule en régulant la température de chauffage et la vitesse de refroidissement. Par exemple, après avoir été trempé et revenu, l'acier 1.2709 a une dureté de 50-52HRC et une résistance aux chocs CVN de 7J, ce qui est suffisamment solide pour les moules de moulage sous pression.
recuit de soulagement de tension : cette méthode peut éliminer la tension résiduelle interne des grands moules et les empêcher de se fissurer pendant leur utilisation. Les moules produits par les équipements de la série Huashu High Tech FS273M, par exemple, ne changent pas de forme de plus de 0,05 mm après avoir été traités par recuit.
Utilisation créative de la technologie pour rendre les surfaces plus solides
Renforcement du grenaillage : lorsque-des balles à grande vitesse frappent la surface du moule, elles créent une couche de contrainte de compression qui le rend plus résistant à la fatigue. Par exemple, la durée de vie d'une matrice de forgeage spécifique est passée de 20 000 cycles à 50 000 cycles après un traitement de grenaillage.
Chromage dur chimique : ajoutez une couche de chrome dur de 0,02 à 0,05 mm d'épaisseur à la surface du moule. Cela le rend trois fois plus résistant à l'usure et convient aux situations d'usure élevée.
4. Un exemple d'utilisation courante : une démonstration industrielle d'une percée en matière de durée de vie
Industrie automobile : le grand pas en avant de Broadcom Precision dans le domaine des moules de coulée sous pression
L'insert de moule de moulage sous pression intégré pour impression 3D de Broadcom Precision dure plus de 50 000 cycles, peut résister à des impacts de 22 J et a un taux de rendement du produit de 100 %. Une entreprise automobile mondiale a utilisé ce moule pour fabriquer des coques de batteries. Cela a permis de réduire le coût de chaque unité de 75 % et de réduire le délai de livraison de 11 mois à 2 mois.
Aéronautique : Moules pour moteurs de fusée pour Relativity Space
Relativity Space fabrique des moules de buses en alliage de cuivre imprimés en 3D avec l'équipement EOS M400. Ces moules résolvent le problème des alliages de cuivre trop réfléchissants en utilisant la technologie laser vert. La durée de vie répond aux exigences du projet Starship de SpaceX, soit une unité par semaine, et le coût de chaque lancement diminue de 30 %.
Optimisation des moules de précision de Xiaomi Technology pour l'électronique grand public
Xiaomi Technology et Yisu Laser travaillent ensemble pour fabriquer des-moules de moulage sous pression pour les cadres de téléphones portables à partir du matériau ESU-H13. Le moule dure 120 000 fois plus longtemps que les méthodes traditionnelles car le système d'IA optimise la structure du canal d'eau de refroidissement. Cela permet à Xiaomi d'expédier plus de 50 millions d'unités de la série 14 chaque année.
5. Tendances et problèmes de l'industrie
Technology Fusion Trend AI+3Impression D : le logiciel Siemens NX utilise des algorithmes d'IA pour créer automatiquement la meilleure disposition des canaux d'eau de refroidissement. Cela réduit le cycle de conception de 72 heures à 8 heures.
Additif et Additif Composite : L'équipement LASERTEC 65 3D Hybrid de DMG MORI combine « impression » et « fraisage » avec une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 0,8 µm.
Goulot d'étranglement pour une utilisation-à grande échelle
Coût des matériaux : la poudre d'acier inoxydable 316L coûte toujours jusqu'à 500 $ le kilogramme, soit 5 à 8 fois plus que les autres matériaux de forge.
Lacune de la norme : la norme ISO/ASTM 52900 ne couvre que 30 % des applications de moules, et les exigences de test pour les moules aux structures complexes doivent être mises à jour immédiatement.
Manque de talents : L’industrie mondiale du moule a besoin de 120 000 ingénieurs en impression 3D supplémentaires, et il faut 3 à 5 ans pour former de nouveaux talents en composites.