¿Cuáles son los defectos comunes de la impresión 3D de metales en la fabricación de moldes?

一, Defectos internos: asesinos que no puedes ver y que debilitan el moho
1. Porosidad
Los poros son los defectos internos más frecuentes en los moldes metálicos de impresión 3D. Surgen cuando no se utilizan las materias primas en polvo, los parámetros de proceso y el entorno protector adecuados. La fuente dice que se puede dividir en dos grupos:
Poros conectados a las materias primas: cuando las gotas de metal se solidifican, el gas de su interior no escapa por completo. En cambio, forma poros de sólo unos pocos micrómetros de ancho. Por ejemplo, si el polvo de aleación de titanio Ti-6Al-4V tiene burbujas, irán directamente al artículo que se está imprimiendo.
Porosidad provocada por el proceso: si la densidad de energía del láser es demasiado baja, el polvo metálico no se funde por completo. Si la energía es demasiado alta, el charco fundido se mueve mucho, lo que atrae gas. Por ejemplo, en el proceso SLM (fusión selectiva por láser), si la velocidad de escaneo es demasiado alta o el espesor de la capa es demasiado grande, el baño de fusión se vuelve menos estable y se forman rápidamente poros esféricos o elípticos.
Impacto: Los poros pueden reducir la densidad del molde (normalmente por encima del 99%), lo que puede reducir considerablemente su resistencia a la tracción y su vida a la fatiga. Los estudios han demostrado que un aumento del 1 % en la porosidad puede provocar una disminución del 20 % al 30 % en la vida útil de los moldes de Ti-6Al-4V.
2. Sin fusión
Los defectos que no son-de fusión aparecen como enlaces débiles entre capas o líneas de escaneo. Esto sucede comúnmente cuando no hay suficiente entrada de energía o se aplican procedimientos de escaneo incorrectos. Por ejemplo:
Falta de fusión entre capas: cuando la intensidad del láser es demasiado baja o el espesor de la capa es demasiado grande, las capas de metal una al lado de la otra no se funden por completo, dejando espacios en los bordes afilados.
Fusión incompleta de las líneas de escaneo: si las líneas de escaneo están demasiado separadas o el láser no se superpone lo suficiente, habrá partículas de polvo sin derretir entre ellas.
Impacto: las fallas que no son-de fusión pueden debilitar en gran medida la resistencia al corte y al impacto del molde, especialmente cuando está bajo cargas dinámicas. Esto hace que sea más probable que se rompa. Por ejemplo, durante el proceso de estampado de moldes de automóviles, los fallos de fusión parcial pueden provocar que la superficie del molde se parta o se desprenda.
2, Defectos superficiales: un problema importante que hace que los moldes sean menos precisos
1. Rugosidad de la superficie
La rugosidad de la superficie de los moldes para la impresión 3D de metal suele ser de Ra 10 a 20 μ m, que es sustancialmente mayor que la Ra de 0,8 a 3,2 μ m del procesamiento normal. Hay muchas cosas que pueden causarlo, como por ejemplo:
Escalón de escalera: La forma en que está hecho, apilando capas unas sobre otras, le da una forma escalonada en el lateral.
Cambios en el baño fundido: cuando el metal líquido se solidifica, puede producir protuberancias o hundimientos si la tensión superficial en el baño fundido es desigual o el flujo de aire protector es inestable.
Impacto: La alta rugosidad de la superficie puede provocar que se acumule tensión y acortar la vida útil del molde. Al mismo tiempo, las superficies rugosas tienden a absorber suciedad y otras impurezas de los lubricantes o líquidos de corte, lo que acelera el desgaste. Por ejemplo, en los moldes de inyección, demasiada rugosidad en la superficie puede provocar marcas de flujo o brillo desigual en la superficie de las piezas de plástico.
2. Pelota
La esferoidización es un problema común en la producción de lechos de polvo a base de metal-. Ocurre cuando el metal líquido se solidifica en partículas esféricas debido a la tensión superficial. Hay muchas cosas que pueden causarlo, como por ejemplo:
Baja densidad de energía: el polvo metálico no se funde completamente, por lo que forma partículas esféricas separadas.
Alta densidad de energía: el charco fundido salpica violentamente y las gotas se convierten en bolas sobre el polvo que aún no se ha derretido.
Impacto: La esferoidización puede hacer que la capa de polvo sea menos suave, lo que puede provocar una distribución desigual del polvo e incluso dañar el raspador al imprimir la siguiente capa. Al mismo tiempo, las partículas esferoidizadas empeorarán la calidad de la superficie del molde y dificultarán su pulido.
3, Defectos estructurales: posibles peligros que podrían afectar la estabilidad del molde
1. Tensión y grietas sobrantes
Durante el proceso de impresión de metal en 3D, la tensión térmica aumenta porque el metal se calienta y se enfría rápidamente. Si la tensión residual es mayor que el límite elástico del material, puede provocar grietas. Existen diferentes tipos de grietas, como por ejemplo:
Cracking por solidificación: la diferencia de temperatura entre el baño fundido y el metal solidificado es demasiado grande, por lo que el metal líquido no fluye bien y no puede compensar la deformación por contracción.
Hacer algo líquido Cracking: Los límites de los granos en la zona de fusión parcial se derriten y se agrietan cuando se someten a estrés térmico.
Impacto: Las grietas pueden causar fallas directas en el molde, especialmente en lugares con altas temperaturas o materiales corrosivos, donde las grietas se propagan más rápidamente. En los moldes de fundición a presión,-por ejemplo, los defectos pueden permitir que el líquido de aluminio se escape, lo que puede presentar problemas de seguridad.
2. Deformación por deformación
La falta de coincidencia de la tensión térmica entre el sustrato y el artículo impreso es la fuente más común de deformación por deformación. Se muestra como una curvatura hacia arriba o una distorsión general del borde de la pieza impresa. Las siguientes son algunas de las cosas que pueden causarlo:
Precalentamiento insuficiente del sustrato: cuando comienza la impresión, el sustrato y el polvo están a temperaturas muy diferentes, lo que provoca una contracción desigual.
La estructura de soporte no está bien diseñada: cuando la estructura de soporte y la parte impresa están conectadas, se acumula tensión, lo que provoca deformación cuando se suelta la conexión.
Impacto: La deformación y la deformación pueden hacer que el molde tenga el tamaño incorrecto, lo que hace imposible ensamblarlo con las piezas correctas. En las peores circunstancias, hay que desecharlo y crearlo de nuevo, lo que eleva el coste de su construcción. Por ejemplo, al fabricar moldes de inyección grandes, la deformación y la deformación pueden causar demasiado espacio libre en el molde, lo que hace que las piezas de plástico se desintegren.
4, Estrategia de optimización: control total del proceso de principio a fin
1. Mejora de los parámetros del proceso
Controlar la densidad de energía: para hacer que el baño de fusión sea más estable, cambie la potencia del láser, la velocidad de escaneo y el grosor de la capa. Por ejemplo, para mantener el nivel de fusión adecuado y el riesgo de salpicaduras bajo, el material Ti-6Al-4V debe tener una densidad de energía de 40 a 60 J/mm³.
Diseño de una estrategia de escaneo: utilice tácticas de escaneo en isla, escaneo en tablero de ajedrez o escaneo rotacional para evitar que se acumule estrés térmico. Por ejemplo, girar cada capa 67 grados en la dirección del escaneo puede ayudar a eliminar gran parte de la tensión residual.
2. Tecnología para el pos-procesamiento
El prensado isostático en caliente (HIP) elimina los poros interiores y aumenta la densidad a más del 99,9 % en entornos de alta-presión y alta-temperatura. Por ejemplo, los moldes SLM tratados con HIP-pueden aumentar su resistencia a la fatiga en más del 50%.
Procesamiento y pulido a máquina: Puede obtener una superficie con Ra menor o igual a 0,4 μm empleando mecanizado CNC para reducir la rugosidad y luego pulido electrolítico o rectificado por vibración.
3. Actualizaciones de herramientas y materiales.
Control de calidad del polvo: para reducir las fallas en las materias primas, elija polvos que sean de alta-calidad, alta esfericidad, que fluyan bien y tengan una baja concentración de oxígeno. Por ejemplo, los polvos elaborados por atomización tienen una esfericidad superior al 95%.
Mejora de la precisión del equipo: para obtener una precisión de posicionamiento de ± 5 μm y reducir los efectos de los pasos, utilizamos láseres de alta-precisión, sistemas de enfoque dinámico y control de retroalimentación de bucle cerrado-.