Quels sont les défauts courants de l’impression 3D métal dans la fabrication de moules ?

一, Défauts internes : des tueurs que vous ne pouvez pas voir et qui affaiblissent la moisissure
1. Porosité
Les pores sont les défauts internes les plus répandus dans les moules d’impression 3D métalliques. Ils surviennent lorsque les matières premières en poudre, les paramètres de processus et l’environnement protecteur appropriés ne sont pas utilisés. La source indique qu'il peut être divisé en deux groupes :
Pores connectés aux matières premières : Lorsque les gouttelettes de métal se solidifient, le gaz qu’elles contiennent ne s’échappe pas entièrement. Au lieu de cela, il forme des pores de seulement quelques micromètres de large. Par exemple, si la poudre d’alliage de titane Ti-6Al-4V contient des bulles, celles-ci iront directement dans l’article en cours d’impression.
Porosité provoquée par le procédé : Si la densité d'énergie du laser est trop faible, la poudre métallique ne fond pas entièrement. Si l’énergie est trop élevée, le bain de fusion bouge beaucoup, ce qui attire du gaz. Par exemple, dans le processus SLM (Selective Laser Melting), si la vitesse de balayage est trop élevée ou si l'épaisseur de la couche est trop grande, le bain de fusion devient moins stable et des pores sphériques ou elliptiques se forment rapidement.
Impact : Les pores peuvent réduire la densité du moule (généralement supérieure à 99 %), ce qui peut réduire considérablement sa résistance à la traction et à la fatigue. Des études ont démontré qu'une augmentation de 1 % de la porosité peut entraîner une diminution de 20 à 30 % de la durée de vie des moules en Ti-6Al-4V.
2. Pas de fusion
Les défauts de non-fusion-se manifestent sous la forme de liaisons faibles entre les couches ou les lignes de balayage. Cela se produit généralement lorsqu'il n'y a pas suffisamment d'énergie absorbée ou que de mauvaises procédures de numérisation sont appliquées. Par exemple:
Manque de fusion entre les couches : lorsque l'intensité du laser est trop faible ou que l'épaisseur de la couche est trop grande, les couches métalliques les unes à côté des autres ne fondent pas complètement, laissant des espaces entre les bords.
Fusion incomplète des lignes de balayage : si les lignes de balayage sont trop éloignées ou si le laser ne se chevauche pas suffisamment, il y aura des particules de poudre non fondues entre elles.
Impact : les défauts de non-fusion-peuvent considérablement affaiblir la résistance au cisaillement et aux chocs du moule, en particulier lorsqu'il est soumis à des charges dynamiques. Cela le rend plus susceptible de se briser. Par exemple, lors du processus d’emboutissage des moules automobiles, des défauts de fusion partiels peuvent provoquer la fissuration ou le décollement de la surface du moule.
2, Les défauts de surface : un problème majeur qui rend les moules moins précis
1. Rugosité de la surface
La rugosité de surface des moules pour l'impression 3D de métal est généralement de Ra 10 à 20 μm, ce qui est nettement supérieur au Ra de 0,8 à 3,2 μm d'un traitement régulier. De nombreuses choses peuvent en être la cause, telles que :
Marche d'escalier : La façon dont elle est réalisée, en empilant des couches les unes sur les autres, lui donne une forme en escalier sur le côté.
Modifications dans le bain en fusion : lorsque le métal liquide se solidifie, il peut produire des bosses ou des creux si la tension superficielle dans le bain en fusion est inégale ou si le flux d'air protecteur est instable.
Impact : Une rugosité de surface élevée peut provoquer une accumulation de contraintes et réduire la durée de vie du moule en fatigue. Dans le même temps, les surfaces rugueuses ont tendance à absorber la saleté et autres impuretés présentes dans les lubrifiants ou les liquides de coupe, ce qui accélère l'usure. Par exemple, dans les moules à injection, une surface trop rugueuse peut provoquer des marques d'écoulement ou une brillance inégale sur la surface des pièces en plastique.
2. Balle
La sphéroïdisation est un problème courant dans la production de lits de poudre-à base de métal. Cela se produit lorsque le métal liquide se solidifie en particules sphériques en raison de la tension superficielle. De nombreuses choses peuvent en être la cause, telles que :
Faible densité énergétique : la poudre métallique ne fond pas complètement et forme donc des particules sphériques séparées.
Haute densité énergétique : la flaque de fusion éclabousse violemment et les gouttelettes se transforment en boules sur la poudre qui n'a pas encore fondu.
Impact : La sphéroïdisation peut rendre la couche de poudre moins lisse, ce qui peut entraîner une répartition inégale de la poudre et même endommager le grattoir lors de l'impression de la couche suivante. Dans le même temps, les particules sphéroïdisées aggraveront la qualité de la surface du moule et rendront son polissage plus difficile.
3, Défauts structurels : dangers possibles pouvant affecter la stabilité du moule
1. Stress et fissures restants
Au cours du processus d’impression 3D du métal, des contraintes thermiques s’accumulent car le métal chauffe et refroidit rapidement. Si la contrainte résiduelle est supérieure à la limite d'élasticité du matériau, elle peut provoquer des fissures. Il existe différents types de fissures, telles que :
Fissuration de solidification : La différence de température entre le bain en fusion et le métal solidifié est trop grande, de sorte que le métal liquide ne s'écoule pas bien et ne peut pas compenser la déformation par retrait.
Rendre quelque chose de liquide Fissuration : Les joints de grains dans la zone de fusion partielle fondent et se fissurent lorsqu'ils sont soumis à une contrainte thermique.
Impact : Les fissures peuvent provoquer directement la défaillance du moule, en particulier dans les endroits soumis à des températures élevées ou à des matériaux corrosifs, où les fissures se propagent plus rapidement. Dans les moules de moulage sous pression, par exemple, des défauts peuvent laisser s'échapper du liquide d'aluminium, ce qui peut présenter des problèmes de sécurité.
2. Déformation due à la déformation
L'inadéquation des contraintes thermiques entre le substrat et l'élément imprimé est la source la plus courante de déformation par gauchissement. Cela se manifeste par une flexion vers le haut ou une déformation globale du bord de la pièce imprimée. Voici quelques-unes des causes qui peuvent en être la cause :
Préchauffage insuffisant du substrat : Lorsque l'impression démarre, le substrat et la poudre sont à des températures assez différentes, ce qui provoque un retrait inégal.
La structure de support n'est pas bien conçue : lorsque la structure de support et la partie imprimée sont connectées, des contraintes s'accumulent, ce qui provoque une déformation lorsque la connexion est relâchée.
Impact : Le gauchissement et la déformation peuvent donner au moule une taille incorrecte, rendant impossible l'assemblage des bonnes pièces. Dans le pire des cas, il faut le jeter et le recréer, ce qui augmente le coût de sa construction. Par exemple, lors de la fabrication de grands moules à injection, la déformation et la déformation peuvent entraîner un jeu trop important du moule, ce qui fait clignoter les pièces en plastique.
4, Stratégie d'optimisation : contrôle total du processus du début à la fin
1. Améliorer les paramètres du processus
Contrôle de la densité d'énergie : pour rendre le bain de fusion plus stable, modifiez la puissance du laser, la vitesse de balayage et l'épaisseur de la couche. Par exemple, pour maintenir un niveau de fusion correct et un faible risque d'éclaboussures, le matériau Ti-6Al-4V doit avoir une densité énergétique de 40 à 60 J/mm³.
Conception d'une stratégie de numérisation : utilisez des tactiques de numérisation en îlot, en damier ou en rotation pour empêcher l'accumulation de contraintes thermiques. Par exemple, tourner chaque couche de 67 degrés dans la direction du scan peut aider à éliminer une grande partie des contraintes résiduelles.
2. Technologie de post-traitement
Le pressage isostatique à chaud (HIP) élimine les pores intérieurs et augmente la densité à plus de 99,9 % dans des réglages à haute-pression et -température. Par exemple, les moules SLM traités HIP- peuvent voir leur résistance à la fatigue augmentée de plus de 50 %.
Traitement et polissage par machine : Vous pouvez obtenir une surface avec un Ra inférieur ou égal à 0,4 μm en utilisant un usinage CNC pour réduire la rugosité, puis un polissage électrolytique ou un meulage par vibration.
3. Mises à niveau des outils et du matériel
Contrôle qualité des poudres : pour réduire les défauts des matières premières, choisissez des poudres de haute-qualité, ayant une sphéricité élevée, une bonne fluidité et une faible concentration en oxygène. Par exemple, les poudres fabriquées par atomisation ont une sphéricité supérieure à 95 %.
Améliorer la précision de l'équipement : pour obtenir une précision de positionnement de ± 5 μm et réduire les effets de pas, nous utilisons des lasers de haute-précision, des systèmes de mise au point dynamique et un contrôle de rétroaction en boucle fermée-.