金属 3D プリント金型の耐用年数はどれくらいですか?

1. 材料革新: 高強度合金の新たな用途
材料の品質によって、金型の寿命が決まります。熱処理と内部欠陥により、H13 や S136 などの一般的な金型鋼の疲労寿命が制限されます。一方、金属3Dプリントの特殊材料は、その組成や手順を変えることで大幅な性能向上を実現しました。
超高強度鋼 CX (Corrax) と 1.2709 (18Ni300) は産業で使用されています。これら 2 つの材料の引張強さは 1700MPa と 2000MPa で、降伏強さは 1600MPa 以上です。射出成形金型に関して言えば、CX は S136 鋼と同じくらい長持ちします。ダイカスト金型に関しては、1.2709 は H13 鋼と同じくらい耐久性があります。-たとえば、電気自動車を製造する会社は、バッテリー パック シェルのダイカスト金型を製造するために 1.2709 材料を使用しています。-トポロジー最適化設計により、金型の重量は 40% 削減され、金型の寿命はほぼ 80,000 倍となり、標準的な方法に比べて 40% 長くなります。
高温合金の耐久性における大きな前進: Optisys は、DMLS テクノロジーを使用して、航空機エンジンのタービン ディスクなど、非常に過酷な環境向けの銅合金ノズル金型を製造しています。{0} 3000度までの温度での衝撃に耐えられ、熱伝導率は380W/(m・K)です。一般的な鍛造法に比べて3倍の長寿命です。
特殊材料のカスタマイズされた作成
Al250C アルミニウム合金は、250 度の高温で 5000 時間以上持続します。これは、スカルマロイ アルミニウム合金よりも 50 倍長くなります。これは航空宇宙構造部品で多く使用されており、コストを節約するために一部のチタン合金部品を置き換えています。
Shanghai Ysu Laser は、新しい粉末材料である ESU-H13 モールド スチールを製造しました。炭化物の分散方法を改善することにより、ダイカスト金型の寿命は従来の技術の 30,000 倍から 60,000 倍になりました。{3}}
2. プロセスの最適化: 設計から成形までのフルチェーン制御
材料の品質が金型の寿命に影響を与えるだけでなく、設計から成形までの完全なプロセス管理も影響します。
革新的なコンフォーマル冷却水路設計
金属 3D プリンティングの積層造形機能により、金型内に洗練されたコンフォーマルな冷却チャネルを作成できます。これにより、金型の温度がより均一になり、± 15 度から ± 3 度になります。たとえば、Broadcom Precision は、世界的な自動車会社のエンジン シリンダー ボディのダイカスト金型を製造しました。-シミュレーションにより冷却水路の配置を最適化することで、サイクルタイムを35％短縮、製品反り率は0.8％から0.15％に低下、歩留まりは99.5％に向上、金型寿命は10万回を超えた。
グラフト印刷技術は現在、成熟した方法で使用されています。
グラフト印刷技術により、3D 印刷された要素とベースが接続され、大きな型を迅速かつ簡単に作成できます。経験上、グラフト印刷や一般的な印刷では、コストは 60% 削減されますが、金型の寿命が長くなるわけではありません。たとえば、Huashu High Tech の自動接ぎ木機能は、配置精度が 0.05 mm で、生産速度が大幅に向上します。
マルチレーザー装置の精度の向上-
Platinum BLT- S450 は 4 つのレーザー同期スキャン技術を使用しており、成形プロセスの効率が 300% 向上します。また、動的粉末散布技術により表面粗さをRa6.3μm以下に保つことで、後の研磨作業が削減され、金型の寿命が長くなります。
3. 後処理技術-: 疲労性能を確認する最良の方法
金属 3D プリント金型の寿命は、気孔や融着の欠如などの内部欠陥に大きく影響されます。 -後処理技術は、欠陥を取り除き、より組織化することで、金型の疲労強度を大幅に向上させます。
熱間静水圧プレス (HIP) の欠陥を修正する
HIP テクノロジーは、高温と高圧を使用して内部の細孔や微小亀裂を除去することで、材料の密度を 100% に近づけます。たとえば、ある航空会社は HIP- 処理された 3D プリントされたタービン ディスク金型を使用し、未処理のサンプルよりも 200% 長く、一般的な鍛造手順よりも 95% 長く長持ちしました。
熱処理プロセスを正確に制御する
焼き入れと焼き戻し：加熱温度と冷却速度を制御することで、金型の硬度と靱性の最適なバランスを得ることができます。たとえば、1.2709 鋼は焼き入れおよび焼き戻し後、硬度 50-52HRC、衝撃靱性 CVN 7J を持ち、ダイカスト金型に十分な強度を持っています。
張力緩和アニーリング: この方法では、大型金型の内部残留張力を除去し、使用中の金型の亀裂を防ぐことができます。たとえば、Huashu High Tech FS273M シリーズ装置で製造された金型は、アニーリング処理後の形状変化は 0.05 mm 未満です。
テクノロジーを創造的に利用して表面を強化する
ショット ピーニングの強化: 高速の弾丸が金型の表面に当たると、圧縮応力の層が形成され、金型の疲労に対する強度が高まります。{0}たとえば、特定の鍛造金型の寿命は、ショットピーニング処理後に 20,000 サイクルから 50,000 サイクルに増加しました。
化学硬質クロムめっき：金型の表面に厚さ0.02～0.05mmの硬質クロムの層を付加します。これにより、耐摩耗性が 3 倍向上し、摩耗が激しい状況にも適しています。-
4. 一般的な使用例: 寿命の画期的な業界のデモンストレーション
自動車産業: Broadcom Precision のダイカスト金型における大きな前進-
Broadcom Precision の 3D プリンティング一体型ダイカスト金型インサートは、50,000 サイクル以上持続し、22J の衝撃に耐えることができ、製品歩留まり率は 100% です。-世界的な自動車会社は、この金型を使用してバッテリー パックのシェルを製造しました。ユニットあたりのコストが 75% 削減され、納期が 11 か月から 2 か月に短縮されました。
航空宇宙: 相対性理論宇宙用ロケット エンジン用金型
Relativity Space は、EOS M400 装置を使用して 3D プリントされた銅合金ノズル金型を製造しています。これらのモールドは、グリーン レーザー技術を使用することで、銅合金が反射しすぎるという問題を解決します。この寿命はSpaceXのStarshipプロジェクトの毎週1基という要件を満たしており、各打ち上げのコストは30％削減される。
Xiaomi Technology の家庭用電化製品向けの精密金型の最適化
Xiaomi Technology と Yisu Laser は協力して、ESU-H13 材料から携帯電話フレーム用のダイカスト金型を製造しています。{{1} AIシステムが冷却水路の構造を最適化することで、金型の寿命が従来の12万倍に向上しました。これにより、Xiaomi は 14 シリーズを毎年 5,000 万台以上出荷できるようになります。
5. 業界の動向と課題
テクノロジーの融合トレンド AI+3D プリンティング: Siemens NX ソフトウェアは AI アルゴリズムを使用して、最適な冷却水チャネルのレイアウトを自動的に作成します。これにより、設計サイクルが 72 時間から 8 時間に短縮されます。
添加剤および添加剤複合材料: DMG MORI の LASERTEC 65 3D ハイブリッド装置は、「印刷」と「フライ​​ス加工」を組み合わせたもので、表面粗さは Ra 0.8 μ m 以下です。
大規模な使用のボトルネック-
材料費: 316L ステンレス鋼粉末のコストは依然として 1 キログラムあたり 500 ドルにもなり、他の鍛造材料の 5 ～ 8 倍です。
規格の不備: ISO/ASTM 52900 規格は金型用途の 30% しかカバーしておらず、複雑な構造の金型の試験要件を直ちに更新する必要があります。
人材ギャップ: 世界の金型業界はさらに 120,000 人の 3D プリンティング エンジニアを必要とし、新しい複合人材の育成には 3 ～ 5 年かかります。