金型金属 3D プリンティングにおける工具鋼の応用の見通しは何ですか?

一、テクノロジーの大きな一歩：「機能実装」から「性能飛躍」へ
1. 複雑な構造を作る能力
昔ながらの方法で金型を作成するには、CNC 加工や放電加工（EDM）などの方法が使用されます。このため、コンフォーマルな冷却水路や内部補強リブなどの複雑な形状を作成することが困難になります。 LPBF 技術は、金属粉末を層ごとに溶かすことにより、統合された複雑な構造を直接印刷できます。たとえば、ハイブリッド トランスミッション ハウジングの金型を作成する際、トヨタはフラウンホーファー ILT のガントリー大型 LPBF 装置と新しい工具鋼 L-40 を使用して、らせん状の冷却水チャネルを備えた金型インサートを作成しました。この構造により、金型の温度が 40% 均一になり、冷却が 30% 早くなり、製品の収縮が 67% 削減され、歩留まりが 98% に向上しました。
2. 材料の仕組みを改善する
工具鋼を 3D プリントする場合、亀裂や残留張力などの問題を修正する必要があります。ポーランドの AGH 工科大学は、短レーザー パルス技術により、H11 熱間工具鋼の亀裂密度を半分に削減しました。残留オーステナイト量も管理し、硬度変動幅を±5HVに抑えています。 Desktop Metal は、金属粉末と結合剤の混合物を高速でスプレーすることにより、D2 工具鋼のプロトタイプを迅速に作成するシングル ショット ジェット (SPJ) テクノロジーも開発しました。通常の LPBF よりも 100 倍速く印刷でき、材料密度が 99.5% であるため、通常の鍛造部品よりも耐摩耗性が高くなります。
3. さまざまな作り方の組み合わせ
工具鋼の 3D プリントは、CNC 加工やショット ピーニングなどの他の技術と併用して、「アディティブ サブトラクティブ」と呼ばれる単一のプロセスで行われるのが一般的です。たとえば、Yisu Company は、コンフォーマル冷却インサートを含む金型の中核となる機能セクションを印刷するために LPBF を採用しています。これらの部品はその後、表面粗さが Ra になるまで CNC 精密機械加工されます。<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、業界の需要: 「ハイエンドのカスタマイズ」から「スケール アプリケーション」まで
1. 自動車業界: 軽量で、物事を成し遂げることに重点を置いています
自動車金型の製作コストは自動車開発全体コストの 30% ～ 40% で、プロセスには 6 ～ 12 か月かかる場合があります。. 3工具鋼の D プリンティングを使用すると、このサイクルを大幅に短縮できます。たとえば、B&J Specialty は、自動車パイプライン用の金型インサートの製造に LPBF テクノロジーを採用しています。これにより、冷却サイクル時間が 1 分から 40 秒に短縮され、生産効率が 30% 向上し、金型の寿命が 25% 延長されます。軽量の新エネルギー車のニーズが高まるにつれ、バッテリーパックのブラケットやモーターハウジングなどの金型での工具鋼 3D プリンティングの使用も増加するでしょう。
2. 医療分野: 個別化された具体的な要求
医療用金型は、生体適合性や高精度など、非常に厳しい基準を満たす必要があります。トポロジー最適化設計により、工具鋼 3D プリンティングにより、軽量で便利な金型を作成できます。たとえば、ある歯科会社は、印刷精度 2 ～ 5 μm のμ-LPBF テクノロジーを使用して、目に見えない歯科矯正装置の型を作成しています。矯正力の分散の一貫性は、コンフォーマル冷却設計により 40% 向上し、患者の適応率は 85% から 98% に向上しました。さらに、工具鋼を使用した 3D プリントは、サージカル ガイドやインプラント用の金型などの高価値品の製造にも使用できます。-
3. 家庭用電化製品: 迅速な反復と小さなバッチの作成
家電製品の寿命は短く、金型の更新は頻繁に発生します。工具鋼 3D プリントを使用すると、「デザイン プリント テスト」プロセスをすぐに実行できます。例えば、とある3C製品の金型工場では携帯電話のフレーム金型をLPBFで作っています。これにより、排気領域に 0.04 mm の開口部があり通気性の高い構造となり、射出圧力が 30% 低下し、金型の寿命が 40% 長くなります。この手法は、企業が市場の変化に迅速に適応し、過剰な在庫を抱える危険性を軽減するのに役立ちます。
3、マテリアルイノベーション:「単一性能」から「多機能統合」へ-
1. 新しい工具鋼を作る
材料ベンダーは、3D プリンティングの仕組みを考慮して、特定の工具鋼粉末を製造しています。たとえば、フラウンホーファー ILT とトヨタが協力して開発した L-40 工具鋼は、Cr、Mo、V などの合金元素の量を調整することで、高硬度 (HRC 52 ～ 55) と優れた靭性の間で適切な妥協点を示しています。この材料は、600 度の非常に高い温度でも 80% の硬さを維持できるため、高圧鋳造金型などの非常に過酷な作業に適しています。
2. 複数の材料で作られた構造
工具鋼を使用した 3D プリントは、1 つの材料だけを使用することから、複数の材料を使用することに変わりつつあります。たとえば、ある企業が LPBF を使用して金型を印刷する場合、銅は熱伝導率が高いため、金型キャビティの表面に銅合金のコーティングを施し、金型キャビティを急速に冷却します。本体には工具鋼を使用しており強度があります。この複合構造により、金型の寿命が 60% 長くなり、追加のインレイ作業が不要になります。
3. スマートマテリアルの活用
工具鋼 3D プリンティングでセンサーを使用すると、金型のリアルタイム監視と適応制御が可能になります。-たとえば、ある医療会社は、LPBF- で印刷された金型内に温度センサーを設置し、AI アルゴリズムを使用して射出パラメータをリアルタイムで変更しました。これにより、製品の一貫性が 50% 向上しました。将来的には、形状記憶合金や自己修復材料などのスマートな材料のおかげで、工具鋼の 3D プリント金型は自己調整や自己修復が可能になるでしょう。-