金型 3D プリンティングにおけるマルテンサイト系ステンレス鋼の利点は何ですか?

一、技術的な実現可能性: ラボから製造ラインへの移行
1. 材料システムを完全にカバー
金属 3D プリントは、金型の作成に通常使用されるすべての材料で使用できるようになりました。たとえば、レーザー粉末床溶解 (LPBF) 技術では、H13 工具鋼、P20 金型鋼、1.2709 マルテンサイト鋼などの従来の金型材料を印刷できます。プロセス設定を微調整することで、印刷部品の硬度、靱性、耐摩耗性などの重要な尺度が鍛造材料の仕様と同等かそれを超えています。たとえば、ある企業は LPBF テクノロジーを使用して、H13 鋼に金型の穴をあけました。熱処理により硬度は52HRCまで向上し、熱疲労寿命は一般的な処理に比べて40％延長されました。 50万サイクル以上の射出成形に対応可能です。
金属 3D プリンティングは、特定の材料の分野で特に利点があることがわかっています。人々は導電性と耐腐食性の両方を備えた材料を求めていたため、同社は銅-ベースの合金の印刷プロセスを作成しました。このプロセスの熱伝導率は最大 380W/(m・K) で、従来のベリリウム銅モールドよりも 25% 高くなります。材料の軽量化が求められていたため、アルミ合金やチタン合金の印刷技術により、構造強度を保ちながら金型重量を30～50％軽量化することができました。
2. 構造の複雑さは際限なく進行
従来の金型作成は、サブトラクティブ処理の幾何学的限界によって制限されています。複雑な構造を作るには、分割、接合、溶接などの方法を使用する必要があるため、金型の精度が低下し、金型の寿命が短くなります。金属 3D プリントでは、あらゆる複雑な形状、特にコンフォーマルな冷却チャネル、通気性のあるスチール、ドット マトリックス充填などの新しい形状をすぐに作成できます。
たとえば、従来の掘削方法では、直線または単純な線状の水路しか作成できません。{0}}対照的に、3D プリントでは、らせん、木の枝、生体模倣の葉脈形状などの不規則な水路を作成でき、冷却効率を 40% 以上向上させることができます。車のドアフレームの装飾ストリップの金型にトポロジーを最適化した運河設計を使用した結果、1 つの部品を製造するのにかかる時間は 120 秒から 75 秒に短縮され、歩留まり率は 89% から 98% に向上しました。通気性のある鋼を製造する企業は、多孔質層印刷技術を使用して 0.04 mm の開口部を正確に管理することができました。これにより、金型の排気効率が3倍に向上し、ガス溜まりによるウェルドラインや気泡などのトラブルも解消されました。
3. 表面品質と精度の継続的な改善
初期の金属 3D プリントでは、層間の結合力が十分に強くなく、表面が粗すぎたため、金型作成の高精度のニーズを満たすのが困難でした。-しかし、この問題は技術の進歩のおかげで解決されました。現時点では、ハイエンドの金属 3D プリント機では、寸法精度 ± 0.05 mm、表面粗さ Ra 1.6 μ m 以下の部品を製造できます。-研磨やサンドブラストなどと併用することで、鏡のように滑らかな表面を得ることができます。
たとえば、Mantle の TrueShape テクノロジーは、「3- 軸 CNC 加工 + 描画および印刷 + ソフトウェア設計」の組み合わせを使用して、金型キャビティを非常に正確に作成します。このプロセスでは、表面粗さ Ra がわずか 0.8 μ m の H13 鋼金型キャビティが印刷されるため、最初に研磨する必要がなく、すぐに高光沢射出成形に利用できます。この技術により、金型の表面に耐摩耗性コーティングを施すことができる、複数の材料の複合印刷も可能になります。-これにより、従来の方法よりも金型を 3 倍以上長持ちさせることができます。
2、産業実践: アイデアのテストから大規模な使用まで
1. 自動車用金型：コストと効率の二重革命
金属 3D プリンティングは、アイデアの検証段階を超えて、自動車金型の分野で大規模に使用されるようになりました。-ある自動車製造会社は、LPBF 技術を採用してエンジンのシリンダー ヘッドの金型を製造しています。コンフォーマル冷却水路の設計を改善すると、射出成形サイクルが 37.2% 短縮され、各製品のコストが 22% 削減されます。さらに驚くべきことは、この技術により、金型が開くのを待つことなく、金型を「ワンタイム成形」できることです。-これにより、新製品の開発にかかる時間が 6 か月から 2 か月に短縮され、市場での反応時間が大幅に短縮されます。
金属 3D プリントは、軽量の金型の作成にも最適です。某新エネルギー車会社では、アルミ合金の印刷技術を利用してバッテリートレイの金型を製作しています。金型の強度を維持したまま、金型の重量を45%削減し、射出成形に使用するエネルギーを18%削減します。この金型は 200,000 回の射出成形サイクルを経ており、良好に動作し、信頼性があります。
2. 医療用金型: 思いどおりのものを作るための最良の方法
医療専門家は非常に特殊で個別化された金型を必要とし、金属 3D プリントはそれに最適な方法です。整形外科用インプラントの金型を製造する会社は、コバルト クロム合金の印刷技術を使用して、「患者固有の」金型を製造しています。 CT スキャンを通じて患者から骨のデータを取得すると、型のデジタル モデルがすぐに作成されます。 3D プリント後の型の精度は 0.02mm 以内で、患者の体に正確にフィットします。この技術は 5,000 件以上の手術で使用されており、患者が手術後の回復にかかる時間を 30% 短縮し、合併症の数を 1% 未満に削減しました。
金属 3D プリンティングは、医療機器の金型の分野でも明らかなメリットをもたらします。ある会社ではチタン合金の印刷技術を使って心臓ステントの型を作っています。血栓症のリスクは、金型キャビティの表面を可能な限り滑らかにし、ステントの表面粗さ Ra を 0.2 μm 以下に下げることで大幅に低下します。この金型は FDA の認定を受けており、世界初の 3D プリントされた心臓ステントの金型です。-
3. 航空宇宙用金型: 高性能材料を最大限に活用する-
航空機産業は、高温に耐えることができ、非常に強く、非常に軽い金型を必要としています。金属 3D プリントはこれを実現する新しい方法です。ある会社は、ニッケル-ベースの合金印刷技術を使用して、航空機エンジンのブレードの金型を製造しています。格子充填構造の最適化により金型重量を35%削減し、1200度の高温でも安定した金型を実現します。この金型は 2000 回の熱サイクル試験を経ており、その性能は一般的な鋳造金型よりもはるかに優れています。
金属 3D プリンティングは、衛星部品の金型の作成にも非常に適しています。ある会社は、アルミニウム合金の印刷技術を使用して衛星ブラケットの金型を製造しています。トポロジー最適化設計を採用することで、金型の重量を維持しながら重量を 60% 削減し、ロケットの打ち上げコストを削減します。この金型は 10 機以上の衛星の製造に使用されており、安定して良好に機能します。