วัสดุการพิมพ์โลหะชนิดต่างๆ สามารถใช้ซ่อมแซมแม่พิมพ์ได้หรือไม่

1. การปรับประสิทธิภาพของวัสดุ: จากการซ่อมแซมสิ่งหนึ่งไปจนถึงการปรับปรุงฟังก์ชันของมัน
สิ่งสำคัญที่ต้องทำเพื่อซ่อมแม่พิมพ์คือการทำให้มันถูกต้องทางเรขาคณิตอีกครั้ง ทำให้ทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน และอายุความล้าจากความร้อนได้ดีขึ้น วัสดุการพิมพ์โลหะที่แตกต่างกันสามารถปรับแต่งสำหรับฟังก์ชันการซ่อมแซมที่แตกต่างกันโดยการเปลี่ยนองค์ประกอบและปรับปรุงกระบวนการพิมพ์
ซีรีส์สเตนเลสสตีล: ตัวเลือกราคาประหยัดสำหรับการซ่อมทั้งหมด
สแตนเลส 316L เป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการซ่อมแม่พิมพ์ เนื่องจากมีความทนทานและทนต่อการเกิดสนิม มีหน้าต่างการพิมพ์ขนาดใหญ่ สามารถตอบสนองต่อพลังงานเลเซอร์ได้อย่างง่ายดาย และเนื้อเยื่อที่พิมพ์มีความหนา ใช้ได้ดีในการยึดแม่พิมพ์ที่ต้องสะอาดมาก รวมถึงแม่พิมพ์ที่ใช้บรรจุอาหารและทำเปลือกหอยสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านด้วย ตัวอย่างเช่น บริษัทที่ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านใช้การพิมพ์ 3 มิติที่ทำจากสเตนเลสสตีล 316L เพื่อแก้ไขพื้นผิวการแยกส่วนของแม่พิมพ์ฉีด ชั้นซ่อมแซมและพื้นผิวมีความแข็งแรงพันธะทางโลหะอยู่ที่ 450MPa และความต้านทานการกัดกร่อนของคลอไรด์ไอออนได้ดีกว่าการชุบด้วยไฟฟ้ามาตรฐานถึงสามเท่า เวลาในการแก้ไขก็ลดลงจาก 7 วัน เหลือ 48 ชั่วโมง
17-เหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอนมาร์เทนซิติก 4PH ได้รับการบำบัดเพื่อให้มีอายุมากขึ้น ซึ่งจะทำให้ขั้นตอนการเสริมกำลังตกตะกอน มีความแข็ง HRC45-55 และเหมาะสำหรับการซ่อมขอบของแม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปที่มีภาระงานสูง ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์บางรายใช้สารนี้เพื่อซ่อมแม่พิมพ์นูนแบบโปรเกรสซีฟ ซึ่งทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 200,000 เท่า และลดต้นทุนในการซ่อมชิ้นส่วนเดียวถึง 60%
ซีรีส์ Tool Steel: ก้าวสำคัญในด้านประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่ร้อน
เนื่องจากสามารถทนต่อความล้าจากความร้อนและแข็งตัวได้ เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานร้อน H13 จึงมักถูกนำมาใช้เพื่อยึดแม่พิมพ์-การหล่อแบบตายตัว ในการซ่อมแบบดั้งเดิม เหล็ก H13 จำเป็นต้องควบคุมขนาดของเกรนโดยการตีและอบชุบด้วยความร้อน ในทางกลับกัน ในการพิมพ์ 3 มิติ เทคโนโลยีการสะสมพลังงานโดยตรง (DED) สามารถสร้างโครงสร้างเกรนขนาดเล็กได้โดยตรง (ASTM เกรด 8-10) การพิมพ์ 3 มิติด้วยเหล็ก H13 ถูกนำมาใช้เพื่อยึดแกนของแม่พิมพ์หล่อสำหรับเสื้อสูบของเครื่องยนต์ อายุการล้าจากความร้อนของชั้นซ่อมแซมยาวนานกว่าการเชื่อมทั่วไปถึง 12,000 เท่า ไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนเพิ่มเติมอีกต่อไป ซึ่งลดเวลาการจัดส่งลงครึ่งหนึ่ง
เหล็กกล้าเครื่องมือ D2 มีปริมาณคาร์บอนและโครเมียมสูง (C 1.5%, Cr 12%) และมีความแข็งแบบร็อกเวลล์ที่ HRC60 ขึ้นไป เหมาะสำหรับการยึดขอบตัดของแม่พิมพ์ปั๊มเย็น ผู้ผลิตตัวเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์รายหนึ่งใช้การพิมพ์ 3 มิติที่ทำจากเหล็ก D2 เพื่อแก้ไขแม่พิมพ์ปั๊มที่แม่นยำ หลังการซ่อมแซม ความสูงของเสี้ยนลดลงจาก 0.05 มม. เป็น 0.01 มม. และอัตราการรับรองผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นจาก 92% เป็น 98%
ซีรีส์อัลลอยด์อุณหภูมิสูง-: รับประกันประสิทธิภาพแม้ในสถานการณ์การทำงานที่เลวร้ายที่สุด
โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-ที่เป็นนิกเกิล- เช่น อินโคเนล 718 จะมีความแข็งแรงที่ 650 องศา และสามารถนำมาใช้ในการซ่อมแม่พิมพ์สำหรับใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบินและการตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง- Inconel 718 มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวในระหว่างการซ่อมแซมแบบดั้งเดิมเนื่องจากการแตกร้าวจากความร้อน อย่างไรก็ตาม การพิมพ์ 3 มิติสามารถหยุดการก่อตัวของผลึกเรียงเป็นแนวและรักษาอัตราการแตกร้าวให้ต่ำกว่า 0.1% โดยการเปลี่ยนกลยุทธ์การสแกน (การหมุนของชั้นระหว่างชั้น 67 องศา) และความหนาแน่นของพลังงาน (80-100J/mm ³) ผู้ผลิตการบินรายหนึ่งใช้ Inconel 718 เพื่อซ่อมแม่พิมพ์สำหรับการตีจานกังหัน หลังจากรอบความร้อน 620 องศา /10,000 ชั้นการซ่อมแซมไม่แตกร้าว และอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ก็ขยายเป็นสามเท่าของแม่พิมพ์เดิม
ซีรีส์ทองแดงผสม: ตัวเลือกตามความต้องการเพื่อการกำจัดความร้อนอย่างรวดเร็ว
โลหะผสมทองแดง เช่น CuCrZr เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการยึดระบบหล่อเย็นของแม่พิมพ์ เนื่องจากสามารถนำความร้อนได้ดีมาก โดยมีค่าการนำความร้อนที่ 200–300 W/(m · K) เนื่องจากข้อจำกัดทางโครงสร้าง ช่องน้ำหล่อเย็นในกระบวนการขุดเจาะแบบดั้งเดิมจึงมีแนวโน้มที่จะเย็นลงไม่สม่ำเสมอ ด้วยการพิมพ์ 3D คุณสามารถสร้างช่องระบายความร้อนที่สอดคล้องได้ทันที แม่พิมพ์กันชนรถยนต์ได้รับการแก้ไขด้วยการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสม CuCrZr ทำให้วงจรน้ำหล่อเย็นทำงานได้ดีขึ้น 40% ลดเวลาที่ใช้ในการทำชิ้นเดียวจาก 18 วินาทีเหลือ 12 วินาที และลดการใช้พลังงานลง 22%
2. ความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการ: ตั้งแต่การซ่อมแซมครั้งเดียวไปจนถึงการผลิตคอมโพสิต
ประโยชน์หลักของแม่พิมพ์ซ่อมแซมการพิมพ์โลหะ 3D คือมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะควบคุมประสิทธิภาพการซ่อมแซมได้อย่างแม่นยำผ่านการออกแบบวัสดุ เทคนิค และโครงสร้างร่วมกัน
Laser Selective Melting (SLM): เทคโนโลยีมาตรฐานสำหรับการซ่อมแซมด้วยความแม่นยำสูง
เทคโนโลยี SLM ใช้จุดเลเซอร์ที่มีความกว้าง 25 ถึง 50 μm เพื่อแก้ไขสิ่งที่มีข้อบกพร่องเพียงเล็กน้อย รวมถึงแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำ เมื่อซ่อมแม่พิมพ์บรรจุเซมิคอนดักเตอร์ มีการใช้เทคโนโลยี SLM เพื่อพิมพ์ชั้นซ่อมแซมเหล็ก 17-4PH หนา 0.05 มม. ด้วยความแม่นยำมิติที่ ± 0.02 มม. และความขรุขระของพื้นผิว Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.8 μm หลังจากได้รับการแก้ไขแล้ว แม่พิมพ์ก็สามารถเข้าสู่การผลิตได้โดยตรงโดยไม่จำเป็นต้องขัดอีกครั้ง
การหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM): วิธีใหม่ในการแก้ไข-โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างรวดเร็วและง่ายดาย
เทคนิค EBM ใช้ลำอิเล็กตรอนเป็นแหล่งความร้อนเพื่อสร้างต้นแบบของวัสดุ เช่น ทองแดงและไทเทเนียมที่สะท้อนแสงได้ดีในสุญญากาศอย่างรวดเร็ว เพื่อซ่อมแม่พิมพ์สำหรับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวด เทคโนโลยี EBM ถูกนำมาใช้ในการพิมพ์ช่องระบายความร้อนโลหะผสม CuCrZr ซึ่งดำเนินการด้วยความเร็ว 200 ซม.³/ชม. ซึ่งเร็วกว่าเทคโนโลยี SLM ถึงห้าเท่า ชั้นซ่อมแซมมีความหนาแน่น 99.9% และมีค่าการนำความร้อนใกล้เคียงกับการตีขึ้นรูป
การสะสมพลังงานโดยตรง (DED): การแก้ไขด่วนสำหรับแม่พิมพ์ขนาดใหญ่
เทคโนโลยี DED ช่วยให้สามารถซ่อมแซมแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็วด้วยการป้อนผงในเวลาเดียวกัน ใช้งานได้ดีในการซ่อมอุปกรณ์ขนาดใหญ่ เช่น แม่พิมพ์-แม่พิมพ์หล่อและแม่พิมพ์ตีขึ้นรูป เทคโนโลยี DED ถูกนำมาใช้ในการพิมพ์ชั้นซ่อมแซมของเหล็ก H13 บนพื้นที่ 0.5 ตร.ม. บนแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปสำหรับแบริ่งกังหันลม เวลาที่ใช้ในการแก้ไขปัญหาถูกตัดจาก 15 วันเหลือ 72 ชั่วโมง และแรงยึดเกาะระหว่างชั้นซ่อมแซมและพื้นผิวสูงถึง 500MPa ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการตั้งค่าการตีขึ้นรูปด้วยแรงดันสูง-
3. การใช้งานในธุรกิจ: จากการซ่อมแซมสิ่งของในพื้นที่ไปจนถึงการจัดการวงจรชีวิตทั้งหมด
เทคโนโลยีการซ่อมแซมการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะมีการพัฒนาตั้งแต่การซ่อมแซมแม่พิมพ์เดี่ยวไปจนถึงการจัดการวงจรชีวิตของแม่พิมพ์ โดยสร้างระบบ-แบบวงปิดของ "การผลิตซ้ำเชิงฟังก์ชันการซ่อมแซมเชิงป้องกัน":
การซ่อมแซมเชิงป้องกัน: การบำรุงรักษาที่อาศัยข้อมูลและดำเนินการล่วงหน้า
การซ่อมแซมด้วยการพิมพ์ 3 มิติสามารถทำได้ล่วงหน้าโดยการวางเซ็นเซอร์ไว้ในแม่พิมพ์เพื่อจับตาดูสิ่งต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความเครียดแบบเรียลไทม์ และใช้เทคโนโลยี Digital Twin เพื่อคาดเดาว่าแม่พิมพ์จะเสียหายตรงไหน บริษัทแห่งหนึ่งที่ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ได้ใส่เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในแม่พิมพ์-การหล่อแบบตายตัว เมื่ออุณหภูมิแกนกลางเกินระดับวิกฤติ ขั้นตอนการซ่อมแซมการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสม CuCrZr จะเริ่มต้นขึ้นเอง ทำให้แม่พิมพ์มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าปกติถึง 500,000 เท่า
การอัพเกรดฟังก์ชันการทำงาน: การคิดถึงการซ่อมแซมเป็นวิธีหนึ่งในการทำให้สิ่งต่างๆ ดีขึ้น
ในระหว่างกระบวนการซ่อมแซม เราใช้โครงสร้างใหม่ เช่น การระบายความร้อนตามแบบและโครงตาข่ายน้ำหนักเบาเพื่อทำให้แม่พิมพ์ทำงานได้ดีขึ้น ในการซ่อมแม่พิมพ์ฉีดสำหรับฝาครอบโทรศัพท์มือถือ การพิมพ์ 3 มิติถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มช่องระบายความร้อนที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับโทโพโลยีให้กับแกนแม่พิมพ์ ซึ่งช่วยลดความผิดเพี้ยนของการบิดเบี้ยวของผลิตภัณฑ์จาก 0.8 มม. เหลือ 0.2 มม. โครงสร้างขัดแตะยังถูกนำมาใช้เพื่อลดน้ำหนักของแม่พิมพ์ลง 30% และการใช้พลังงานลง 15%
การผลิตซ้ำ: มูลค่าการสร้างใหม่ในระบบเศรษฐกิจแบบวงกลม
การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างแม่พิมพ์ที่เสียหายขึ้นมาใหม่สามารถลดต้นทุนการซ่อมแซมได้ถึง 40% ของต้นทุนของแม่พิมพ์ใหม่ ในกระบวนการนำแม่พิมพ์กลับมาผลิตใหม่สำหรับใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบิน ช่องที่สึกหรอได้รับการแก้ไขด้วยการพิมพ์ 3 มิติของโลหะผสม Inconel 718 หลังจากได้รับการแก้ไข แม่พิมพ์ก็ทำงานได้ 90% เช่นเดียวกับแม่พิมพ์ใหม่ และเวลาในการซ่อมแซมก็ใช้เวลาจาก 3 เดือนเป็น 3 สัปดาห์ ซึ่งช่วยประหยัดเงินในการผลิตได้มาก