¿Cómo aplicar la tecnología de deposición de energía dirigida (DED) a la reparación de moldes?

一, El principio de la tecnología DED es la técnica precisa de controlar el baño de fusión.
La tecnología DED utiliza rayos de alta-energía (láser, haz de electrones o arco) para fundir polvo metálico o alambre al mismo tiempo, apilándolos capa por capa para crear una forma tridimensional. Los principales beneficios del mismo son:
Control exacto de la temperatura: la potencia del láser, la velocidad de escaneo y el volumen de alimentación de polvo se pueden cambiar dinámicamente para obtener el tamaño exacto del baño de fusión. Por ejemplo, el sistema compuesto coaxial multiláser CMT Advanced de Nanjing Enigma tiene seis módulos láser que se pueden controlar por separado. Utiliza tecnología compuesta de láser rojo y azul para hacer que los materiales altamente-reactivos, como el cobre y el aluminio, se absorban tres veces más rápido que los métodos tradicionales, manteniendo al mismo tiempo la zona afectada por el calor dentro de 0,5 mm.
Adaptabilidad a varios materiales: admite la deposición de más de 300 tipos diferentes de metales, como aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura-a base de níquel-y aceros para moldes. Utilizando la tecnología DED, Relativity Space, una empresa-con sede en EE. UU., pudo reparar palas de motores de cohetes compuestas de acero inoxidable 316L. El problema del agrietamiento durante el tratamiento térmico se solucionó cubriéndolos con polvo de aleación a base de cobalto-. La capa de reparación tenía una dureza HRC48 y era un 15% mejor a altas temperaturas que el sustrato.
Fabricación de materiales degradados: al cambiar la proporción de la composición del polvo en tiempo real, es posible depositar continuamente materiales clasificados funcionalmente (FGM). Hyde Laser Services produjo un molde compuesto de cobre y acero para herramientas para la industria de la energía nuclear. Tiene una estructura tipo sándwich con un sustrato Ampcolo 940, una capa de transición Monel 400 y una capa de moldeo P21. Esto hace que la refrigeración sea un 40 % más eficiente y reduce el tiempo del ciclo en un 30 %.
2, Principales problemas con la reparación de moldes y las soluciones DED
1. Reparación de una grieta por fatiga térmica
Es probable que los moldes de fundición a presión desarrollen microfisuras cuando pasan por ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. El elevado aporte de calor en la reparación tradicional con soldadura por arco de argón suele provocar la propagación de grietas. La tecnología DED consigue reparaciones exactas utilizando las siguientes nuevas ideas:
El proceso de transición de metal en frío (CMT) es el siguiente: el sistema CMT Advanced de Nanjing Enigma utiliza tecnología de control de transición de circuito corto-de arco para reducir en dos-tercios la cantidad de calor que se utiliza en la soldadura MIG. Al fijar el molde de la carcasa de la caja de cambios del automóvil, se depositó una estructura de paredes delgadas-de 0,3 mm sin grietas, y la capa de reparación y el sustrato se unieron con una resistencia metalúrgica de 420 MPa.
Conformación libre de haz de electrones (EB-DED): los haces de electrones pueden fijar metales activos como aleaciones de titanio sin oxidación en el vacío. Al reparar la pala de un motor de avión, la tecnología EB-DED hizo que el tamaño de grano de la capa de deposición de aleación de alta temperatura-a base de níquel-sea más fino hasta el nivel 8 de ASTM. Esto hizo que la resistencia a altas-temperaturas fuera un 25% más fuerte.
2. Arreglar una caries complicada
Para arreglar el molde del canal de agua de refrigeración conforme, se debe mantener la estructura original del canal de flujo. La capacidad de la tecnología DED para vincular muchos ejes muestra algunos beneficios únicos:
Deposición de varillaje de cinco-ejes: el sistema Optomec LENS 750 tiene una mesa de trabajo giratoria e inclinable que puede reparar puntos ciegos en la cavidad del molde en 360 grados. En un proyecto para reparar el molde de un electrodoméstico, se reparó de manera efectiva un canal de enfriamiento en espiral de 2 mm de diámetro mediante la planificación de ruta de optimización de topología. La vida útil del molde se prolongó en un 40 % después de la reparación y la tasa de calificación del producto aumentó al 98,5 %.
Tecnología para la reparación in situ: la máquina herramienta híbrida LASERTEC 65 3D de DMG Mori combina funciones aditivas DED y sustractivas de fresado. Esto significa que puede realizar reparaciones sin desmontar el molde. Al reparar moldes para manijas de puertas de automóviles, obtener una reparación de superficie precisa de 0,1 mm es seis veces más rápido que utilizar los métodos típicos de corte con alambre.
3. Restauración del tamaño y mejora del rendimiento.
Para corregir el desgaste en moldes grandes, es necesario encontrar un equilibrio entre la precisión dimensional y las cualidades mecánicas. El enfoque de sedimentación en capas de la tecnología DED ofrece soluciones-de vanguardia:
Utilizando un espesor de capa de 0,25-0,5 mm, apilamiento capa por capa y un control de bucle cerrado en tiempo real-, la fabricación con formación cerca de la red puede mantener la precisión dimensional dentro de ± 0,05 mm. Al reparar una columna de prensa hidráulica de 10.000 toneladas, se utilizó tecnología DED para restaurar una superficie cilíndrica con un diámetro de 1,2 m. La fluctuación de la uniformidad de la dureza (HV) de la capa de reparación fue inferior al 5%, tres veces mayor que el procedimiento de soldadura típico.
Agregar un 0,5 % de nanopartículas de TiC al polvo de acero para moldes H13 y utilizar las propiedades de solidificación rápida del DED para crear una distribución de carburo fina y extendida-se denomina "refuerzo de nanopartículas". El molde restaurado es ahora dos veces más resistente al desgaste térmico y puede soportar más de 100.000 ciclos de inyección.
3. Ejemplos de cómo funciona la industria y cómo podría ayudar a la economía
1. El ámbito aeroespacial
Una empresa que fabrica motores de avión utiliza tecnología DED para fijar la sección de espiga de las palas de las turbinas. El costo de reemplazar piezas nuevas ha bajado de 800.000 yuanes a 120.000 yuanes, y el tiempo que lleva realizar la reparación ha bajado de 45 días a 7 días. La hoja restaurada pasó por 5000 pruebas a una temperatura alta de 1000 grados sin que se extendieran grietas.
2. Las instalaciones de Tesla en Shanghai utilizan tecnología DED para reparar enormes moldes-de fundición a presión en la industria de producción de automóviles. Esto restaura la precisión dimensional mediante el depósito de una aleación de aluminio y silicio. Una reparación ahorra 2 millones de yuanes en gastos de reemplazo de moldes y reduce el tiempo de inactividad de la producción en un 90 %. El molde fijo fabricó 100.000 cubiertas traseras del Modelo Y sin parar y la estabilidad dimensional del producto (valor CPK) se mantuvo por encima de 1,67.
3. Campo de los equipos energéticos.
La Corporación Nuclear Nacional de China emplea tecnología DED para fijar los tubos de transferencia de calor en las turbinas de vapor de las instalaciones de energía nuclear. Agregar acero inoxidable 316L nuevamente a la pared del tubo restaura su espesor. La capa de reparación es un 20 % más resistente a la corrosión que el sustrato (prueba ASTM G28). Cada año se ahorran. 15 millones de yuanes en el mantenimiento de una unidad.