金型業界は 3D プリントにチタン合金を使用するでしょうか?

一、チタン合金を使用した 3D プリンティングの技術的利点と、それが金型のニーズにどの程度うまく対応するか
1. 複雑な構造を作る能力
金型業界は日々、ますます複雑な内部流路と軽量の格子構造を必要としています。ただし、標準的な加工方法ではツールパスや金型の設計に制約があるため、高精度の複雑な構造を作成することが困難です。-チタン合金 3D プリントを使用すると、材料を層ごとに積み重ねて 3 次元モデルを作成できます。-これにより、古い方法では不可能だった内部チャネル、薄壁構造、不規則な冷却チャネルを作成できます。-たとえば、射出成形金型では、コンフォーマル冷却チャネルにより射出サイクルが 30% ～ 50% 短縮され、製品の歩留まりが向上します。 XM-7 金型鋼のようなチタン合金は、30W/(m・K) という高い熱伝導率を備えているため、冷却がさらに優れており、ハイエンドの金型に最適です。
2. 材料性能のメリット
チタン合金は強くて軽いため、金型が長持ちし、使いやすくなります。たとえば、1.2709 (18Ni300) マルテンサイト時効鋼の引張強さは 2000MPa、硬度は 50 ～ 52HRC です。高応力ダイカスト金型に適しており、通常の H13 鋼よりも 3 倍以上長持ちします。-また、チタン合金の耐腐食性（湿気の多い状況下での 316L ステンレス鋼の安定性など）により、金型の洗浄回数が削減され、長期にわたる金型の使用コストが削減されます。
3. パーソナライゼーションとクイック変更
多くの場合、金型を作成するには多くの実験や変更が必要であり、従来の方法では長い時間と多額の費用がかかります。デジタルモデルを使用してチタン合金の 3D プリントを直接作成でき、金型のプロトタイプの作成と検証をわずか数日で行うことができます。これにより、研究開発にかかる時間が短縮されます。たとえば、自動車部品を製造する会社は、チタン合金 3D プリントを使用して、金型の作成時間を 8 週間から 2 週間に短縮し、金型を格子構造で設計することで 30% 軽量化しました。これによりエネルギーが節約され、プロセスの実行が容易になります。
2、金型産業におけるチタン合金3Dプリントの一般的な使用方法
1. 射出成形用金型
チタン合金は熱伝導率が高く、耐食性に優れているため、射出成形金型に最適な材質です。たとえば、自動車の内装金型では、316L ステンレス鋼粉末と SLM 技術を使用して製造された金型と、コンフォーマルな冷却水チャネル設計により、射出成形サイクルが 120 秒から 75 秒に短縮され、歩留まり率が 98% に向上しました。また、チタン合金の金型は表面の研磨にも優れており、これは光学レンズなどの高精度の製品を製造するのに重要です。{6}}
2. ダイカスト用金型
ダイカスト金型は、高温の金属液体浸食と熱応力サイクルに対応できなければなりません。{0}チタン合金の熱亀裂や摩耗に対する耐性により、金型の寿命を大幅に延ばすことができます。熱処理後、1.2709 の粉末で印刷されたアルミニウム合金ダイカスト金型は 50HRC の硬度を持ち、60,000 回のダイカスト サイクル後も構造的に健全な状態を維持します。-これは、一般的な H13 鋼製金型と比較して耐用年数が 200% 延長されます。
3. ゴムタイヤ用金型
チタン合金の耐摩耗性と熱安定性により、ゴム型を使用してパターンを作成する際の精度を向上させることができます。 SLM 技術で作られた CX (Corrax) ステンレス鋼粉末モールドの研磨性能評価は A2 です。格子状のサポート構造により、金型の重量が 30% 削減され、パターンの再現精度が 0.01 mm 以内に向上しました。これはハイエンド タイヤに求められる精度です。-
4. 医薬品用の金型
チタン合金は生体適合性があるという事実により、医療用金型の分野で特別な優位性をもたらします。たとえば、3D プリントされたチタン合金骨プレートの型は、CT データから直接型モデルを作成することで、患者ごとにカスタマイズできます。これにより、手術の準備に必要な時間が短縮され、インプラントの適応性が高まります。
3、金型事業におけるチタン合金3Dプリンティングの課題
1.材料費が高い
チタン合金粉末のコストは、通常の金型用鋼のコストよりもはるかに高価です。たとえば、1.2709粉末の価格は1キログラムあたり約800元で、これは1キログラムあたり260元の316L粉末の3倍です。チタン合金の型は長持ちしますが、最初に作るのに高額な費用がかかるため、大規模に使用するのは困難です。
2. プロセスの安定性を維持し、問題を解決する
3D プリントのチタン合金には、球状化、亀裂、多孔性など、金型の効率を低下させる問題があります。たとえば、SLM テクノロジーでは、粉末が十分に流動しない場合、層がうまく接着しないため、印刷設定 (レーザー出力やスキャン速度など) や後処理 (熱間静水圧プレスなど) を変更してコンポーネントを改善する必要があります。-。
3. 設備と後処理のコスト-
EOS M400-4 のようなハイエンドのチタン合金 3D プリンタの価格は 1,000 万元以上で、不活性ガス保護システムと正確な温度制御装置が必要です。これにより、それらは非常に使いにくくなります。また、チタン合金の金型は製作後に処理が必要となるため、製作にかかるコストと時間がかかります。