Revoluční nástroje: Úvod do 3D tištěných vstřikovacích forem z maragingové oceli

Vstřikování zůstává základním kamenem hromadné výroby a umožňuje vytvářet složité plastové díly s pozoruhodnou rychlostí a opakovatelností. Účinnost a kvalita procesu vstřikování však do značné míry závisí na konstrukci a výkonu samotné formy, zejména na vložkách formy. Výroba těchto vložek tradičně zahrnuje subtraktivní metody, jako je CNC obrábění, které je sice přesné, ale potýká se s omezeními z hlediska geometrické složitosti, účinnosti chlazení a doby realizace. Snaha o zkrácení doby cyklu, zlepšení kvality dílů a větší svobodu při navrhování vedla výrobce k hledání inovativních řešení, přičemž 3D tisk z kovu (aditivní výroba – AM) se stává transformativní technologií pro nástrojové aplikace.  

Konkrétně se jedná o použití kov 3D tisk pro vložky do vstřikovacích forem, zejména s využitím vysoce výkonných materiálů, jako je např maraging steel, představuje významný krok vpřed. Tyto vložky jsou kritickými součástmi vstřikovací formy, které utvářejí specifické vlastnosti konečného plastového dílu a hrají klíčovou roli v tepelném řízení formy. Využitím AM mohou výrobci vytvářet vložky do forem se složitou vnitřní strukturou, zejména konformní chladicí kanály, jejichž výroba tradičními metodami je nemožná nebo neúnosně drahá.  

Co jsou konformní chladicí kanály?

Na rozdíl od běžných rovných chladicích linek kopírují konformní chladicí kanály složité obrysy dutiny formy nebo povrchu jádra. Tato blízkost umožňuje rovnoměrnější a účinnější odvod tepla z roztaveného plastu, což přináší několik klíčových výhod:  

• Zkrácení doby cyklu: Rychlejší chlazení se přímo promítá do zkrácení celkové doby cyklu, čímž se výrazně zvyšuje výkonnost výroby.  
• Zlepšená kvalita dílů: Rovnoměrné chlazení minimalizuje deformace, propadliny a zbytková napětí ve výlisku, což vede k vyšší rozměrové přesnosti a lepší povrchové úpravě.  
• Větší volnost při navrhování: Složité geometrie dílů, které bylo dříve obtížné účinně chladit, lze nyní vstřikovat s větší jistotou.

Proč maraging steel?

Maragingové oceli, jako je široce používaná jakost 1.2709 (MS1), M300, a dokonce i verze tradičních nástrojových ocelí kompatibilní s AM, jako je H13, jsou mimořádně vhodné pro 3D tisk vložek do forem. Mezi jejich hlavní výhody patří:

• Vysoká pevnost a tvrdost: Po vhodném tepelném zpracování dosahují maragingové oceli vynikající tvrdosti a odolnosti proti opotřebení, což je rozhodující pro odolnost vůči opakovaným vstřikovacím cyklům.  
• Dobrá svařitelnost a obrobitelnost: To zjednodušuje kroky následného zpracování a umožňuje hybridní výrobní přístupy, kdy jsou kritické povrchy dokončovány konvenčním způsobem.
• Vynikající tisknutelnost: Tyto slitiny obecně vykazují dobré chování při laserovém tavení v práškovém loži (LPBF) nebo při tavení elektronovým svazkem (EBM), což umožňuje vytvářet husté díly s vysokým rozlišením.  
• Jednoduché tepelné zpracování: Maragingové oceli obvykle vyžadují pro dosažení plné tvrdosti tepelné zpracování při relativně nízké teplotě stárnutí, což minimalizuje riziko deformace ve srovnání s kalením a popouštěním, které je nutné u běžných nástrojových ocelí.

Toto sblížení pokročilých aditivních výrobních technik a vysoce výkonných materiálů, jako je maraging steel, nepředstavuje jen postupné zlepšování, ale změnu paradigmatu v konstrukci a výrobě nástrojů. Umožňuje inženýrům a manažerům nákupu v odvětvích, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, zdravotnictví a průmyslová výroba, přehodnotit konstrukci forem, optimalizovat výrobní procesy a získat konkurenční výhodu. Společnosti specializující se na řešení a materiály pro průmyslový 3D tisk, jako je Met3dp, stojí v čele této revoluce a poskytují technologie a odborné znalosti potřebné k uvolnění plného potenciálu aditivní výroby nástrojů. Když se ponoříme hlouběji, prozkoumáme konkrétní aplikace, výhody, materiály a úvahy spojené s úspěšnou implementací 3D tištěných vložek do vstřikovacích forem z maragingové oceli.

---

Aplikace & Odvětví: Kde se používají 3D tištěné vložky do forem?

Jedinečné výhody, které nabízejí 3D tištěné vložky do vstřikovacích forem, zejména ty s konformním chlazením a vyrobené z robustních materiálů, jako je maraging steel, vedly k jejich rozšíření v celé řadě náročných průmyslových odvětví. Schopnost optimalizovat chlazení, zpracovávat složité geometrie a zkracovat dodací lhůty činí tuto technologii neocenitelnou tam, kde je nejdůležitější efektivita, přesnost a rychlost. Manažeři veřejných zakázek a vedoucí inženýři, kteří hledají konkurenční výhody, se stále častěji obracejí na nástroje pro aditivní výrobu dodavatelé těchto pokročilých řešení.

Zde je přehled klíčových oblastí použití a průmyslových odvětví, která využívají výhod 3D tištěné vložky do forem:

1. Automobilový průmysl:

• Aplikace: Součásti motoru, součásti vnitřního obložení (palubní desky, konzoly), čočky vnějšího osvětlení, složité konektory, součásti pod kapotou.
• Výhody:
  • Zkrácení doby cyklu: Velkoobjemová výroba vyžaduje efektivitu. Konformní chlazení významně zkracuje dobu cyklu u složitých dílů a zvyšuje výkonnost dodavatelů Tier 1 a výrobců OEM.  
  • Zlepšená kvalita: Rovnoměrné chlazení snižuje deformace u velkých nebo složitých dílů, jako jsou přístrojové desky, což vede k lepšímu lícování a povrchové úpravě a nižšímu počtu zmetků.  
  • Rapid Prototyping & Bridge Tooling: AM umožňuje rychlejší tvorbu prototypových forem nebo překlenovacích nástrojů pro nízké série nebo testovací fáze předtím, než se zavážete k drahým tvrdým nástrojům.  
  • Snížení hmotnosti: Optimalizované chlazení může někdy umožnit použití tenčích stěn plastových dílů bez snížení kvality.
• B2B Focus: Dodavatelé automobilového průmyslu hledají spolehlivé rychlá nástrojová řešení a partnery schopné zajistit trvalé vložky do automobilových forem se stálou kvalitou a výkonem.

2. Průmysl zdravotnických prostředků:

• Aplikace: Rukojeti chirurgických nástrojů, pouzdra diagnostických přístrojů, součásti systémů pro podávání léků (např. inhalátory, autoinjektory), jednorázový zdravotnický spotřební materiál, mikrofluidní zařízení.  
• Výhody:
  • Složité geometrie: Zdravotnické přístroje mají často složité konstrukce a miniaturizované součásti. AM vyniká při vytváření vložek pro tyto složité tvary.  
  • Vysoce přesná & amp; těsné tolerance: Konformní chlazení zajišťuje rozměrovou stabilitu, která je zásadní pro funkční lékařské díly a splnění přísných regulačních požadavků.
  • Materiálová kompatibilita: Vložky lze vytisknout z materiálů vhodných pro lisování polymerů pro lékařské účely.
  • Rychlejší uvedení na trh: Urychlení fáze výroby nástrojů je v rychlém inovačním cyklu ve zdravotnictví velmi důležité.
• B2B Focus: Nástroje pro zdravotnické přístroje vyžaduje dodavatele s odbornými znalostmi v oblasti přesné výroby, přísnou kontrolou kvality a často i certifikací materiálů.  

3. Spotřební zboží a elektronika:

• Aplikace: Pouzdra pro elektroniku (chytré telefony, notebooky, nositelná zařízení), součásti spotřebičů, kosmetické obaly, složité části hraček, obaly elektrického nářadí.
• Výhody:
  • Estetická kvalita: Lepší chlazení vede k lepší povrchové úpravě a menšímu množství kosmetických vad (např. stop po propadnutí) na viditelných dílech.
  • Složitost návrhu: Umožňuje zapracovat složité prvky, textury a prvky značky přímo do formy.
  • Rychlejší produktové cykly: Pomáhá značkám rychleji uvádět na trh nové návrhy a produkty.
• B2B Focus: Výrobci v tomto odvětví hledají výroba spotřebního zboží řešení nástrojů, která nabízejí jak estetickou kvalitu, tak efektivitu výroby, často vyžadující rychlé časy od zahájení výroby dodavatelé nástrojů.

4. Průmyslová výroba a komponenty:

• Aplikace: Pouzdra pro senzory a řídicí jednotky, konektory, komponenty pro manipulaci s kapalinami, specializované přípravky a upínací vložky.
• Výhody:
  • Odolnost: Destičky z maragingové oceli nabízejí dlouhou životnost pro náročné průmyslové aplikace.
  • Zvýšení výkonu: Optimalizované chlazení může zlepšit výkon a životnost lisovaných průmyslových dílů vystavených tepelnému nebo mechanickému namáhání.  
  • Přizpůsobení & Nízký objem: Efektivně vyrábí nástroje pro specializované nebo malosériové průmyslové komponenty.
• B2B Focus: Průmysloví zákazníci potřebují robustní a spolehlivá nástrojová řešení a často hledají velkoobchodní komponenty forem nebo partnerství s výrobci, kteří nabízejí komplexní služby průmyslového 3D tisku.

Specifické případy použití umožněné vložením AM:

• Konformní chlazení: Jak již bylo řečeno, je to hlavní hnací síla, která umožňuje rychlejší cykly a lepší kvalitu ve všech odvětvích.
• Složité geometrie: Vložky pro díly s podřezáním, tenkými stěnami, ostrými rohy nebo organickými tvary, které se obtížně obrábějí konvenčním způsobem.
• Eliminace horkých míst: Zaměření na konkrétní oblasti formy náchylné k přehřátí, což zvyšuje účinnost místního chlazení.
• Řešení odvětrávání: Integrace složitých odvzdušňovacích cest přímo do vložky pro uvolnění zachycených plynů během vstřikování, což zabraňuje vzniku defektů.
• Hybridní formy: Kombinace AM vložek pro složité profily s tradičně obráběnými základnami forem pro dosažení nákladové efektivity.  
• Rapid Tooling / Bridge Tooling: Rychlé vytváření funkčních forem pro testování, ověřování nebo krátké výrobní série během výroby hlavních nástrojů.

Všestrannost a osvědčené výhody 3D tištěných vložek do forem, zejména pokud jsou vyrobeny z vysokopevnostních maragingových ocelí, z nich činí důležitý nástroj pro výrobce, kteří se snaží optimalizovat své operace vstřikování. Spolupráce se zkušeným nástroje pro aditivní výrobu poskytovatel zajišťuje přístup k potřebným odborným znalostem a technologiím, aby bylo možné tyto výhody efektivně využít.

---

Aditivní výhoda: Proč zvolit 3D tisk z kovu pro vložky do forem?

Zatímco tradiční CNC obrábění bylo dlouho standardem pro vytváření vložek do vstřikovacích forem, aditivní výroba kovů nabízí přesvědčivé výhody, zejména pro složité konstrukce a aplikace, kde je kritická tepelná účinnost. Pro konstruktéry navrhující formy a manažery nákupu, kteří zajišťují nástroje, je pochopení těchto výhod klíčem k přijímání informovaných rozhodnutí a dosažení významného zlepšení výsledků výroby. Rozhodnout se pro 3D tisk z kovu u vložek do forem nejde jen o zavedení nové technologie, ale o dosažení hmatatelného zvýšení výkonu a efektivity nákladů.

Porovnejme AM s tradičním obráběním v klíčových parametrech pro výrobu vložek do forem:

Srovnání: Tradiční CNC obrábění vs. aditivní výroba kovů pro vložky do forem

Vlastnosti	Tradiční CNC obrábění	Aditivní výroba kovů (např. LPBF)	Klíčová výhoda AM
Geometrická složitost	Omezeno přístupem k nástroji, možnostmi osy	Vysoký stupeň volnosti, možnost složitých vnitřních kanálů	Povolí konformní chlazení & složité vlastnosti dílů
Konformní chlazení	Velmi obtížné, nákladné, často nemožné	Relativně snadná integrace při návrhu	Zkrácení doby cyklu, lepší kvalita dílů
Doba realizace	Může být zdlouhavé (týdny/měsíce), zejména komplexní	Potenciálně kratší (dny/týdny), zejména u složitých dílů	Rychlejší uvedení na trh, rychlejší iterace
Materiálový odpad	Vysoká (subtraktivní proces)	Nízká (aditivní proces, minimální podpora)	Udržitelnější složka s nižšími náklady na suroviny
Iterace návrhu	Nákladné a časově náročné úpravy nástrojů	Snadnější a rychlejší úprava digitálního souboru & razítko; dotisk	Agilita při optimalizaci designu
Životnost nástroje	Vynikající při použití správných nástrojových ocelí & treatment	Vynikající u maragingových ocelí & správné ošetření	Srovnatelná odolnost pro náročné aplikace
Počáteční náklady	Obecně nižší pro jednoduché vložky	Může být vyšší pro jednoduché vložky, nákladově efektivní pro složité vložky	Optimalizace nákladů pro vysoce složité nástroje
Doba nastavení	Vyžaduje programování, upínání, nastavení nástrojů	Vyžaduje přípravu souborů, nastavení sestavení	Může být rychlejší pro jedinečné, složité geometrie

Export do archů

Vypracování klíčových výhod AM pro vložky do forem:

1. Bezkonkurenční volnost designu & Konformní chlazení: Jedná se o základní výhodu. AM osvobozuje konstruktéry od omezení tradičního obrábění. Možnost navrhovat a tisknout konformní chladicí kanály které přesně kopírují obrysy povrchu dutiny formy na vzdálenost pouhých milimetrů, je revoluční.
   • Dopad: Výrazně zlepšuje účinnost přenosu tepla. Studie a průmyslové aplikace trvale ukazují, že zkrácení doby cyklu o 20-50 % v některých případech i více. To se přímo promítá do vyššího využití stroje a nižších nákladů na díl. Rovnoměrné chlazení navíc minimalizuje rozdílové smršťování, snižuje deformace dílů, propadliny a vnitřní pnutí, což vede k vyšší výtěžnosti kvalitních dílů.  
2. Zrychlení dodacích lhůt pro složité nástroje: Zatímco jednoduché destičky mohou být obráběny rychle, složité destičky vyžadující víceosé obrábění, elektroerozivní obrábění a složitou montáž mohou trvat týdny nebo měsíce. AM může často vyrobit velmi složité destičky během několika dnů nebo týdnů (včetně následného zpracování).
   • Dopad: Tato rychlost je klíčová pro rychlé obrábění, výroba mostů a odvětví s krátkým životním cyklem výrobků. Umožňuje výrobcům rychleji reagovat na požadavky trhu a rychleji iterovat návrhy. Manažeři nákupu těží ze zkrácených lhůt dodavatelského řetězce.
3. Účinnost materiálu: Subtraktivní výroba začíná s velkým blokem materiálu, z něhož se strojově oddělí 80-90 %, aby se dosáhlo konečného tvaru. Aditivní výroba vytváří díl vrstvu po vrstvě a používá pouze materiál potřebný pro díl a jeho podpůrné struktury.
   • Dopad: Výrazné snížení množství drahého odpadu z nástrojové oceli. Kovové prášky jsou sice nákladné, ale poměr mezi nákupem a letem je mnohem lepší, což přispívá k udržitelnosti a potenciálně nižším celkovým materiálovým nákladům u složitých geometrií, kde by při obrábění vznikal značný odpad.
4. Konsolidace shromáždění: Složité vložky mohou tradičně vyžadovat sestavení více obráběných součástí. AM může často vytisknout celou složitou vložku jako jediný kus.
   • Dopad: Zkracuje dobu montáže a snižuje počet možných poruch spojených se spoji nebo švy. Zjednodušuje dodavatelský řetězec tím, že snižuje počet jednotlivých komponent, které je třeba spravovat.
5. Povolení komplexních funkcí součástí: Kromě chladicích kanálků umožňuje AM vytvářet destičky s jemnou strukturou, integrovanými ventilačními cestami, ostrými vnitřními rohy a dalšími složitými prvky, které je obtížné nebo nemožné obrábět přímo.
   • Dopad: Umožňuje vstřikování složitějších plastových dílů, což může snížit potřebu následných montážních nebo dokončovacích operací na samotném plastovém dílu.

Zatímco AM může mít vyšší počáteční náklady u velmi jednoduchých vložek a vyžaduje odborné znalosti v oblasti designu (DfAM – Design for Additive Manufacturing) a řízení procesu, u výhody nástrojů AM - zejména dramatické zkrácení doby vstřikovacího cyklu a zlepšení kvality dílů díky konformnímu chlazení - poskytují přesvědčivou návratnost investic pro širokou škálu aplikací. Spolupráce se znalými poskytovatelé služeb kovového 3D tisku zajišťuje, aby byly tyto výhody plně využity.

---

Zaměření materiálu: Vlastnosti a výhody maragingových ocelí (1.2709, H13, M300) pro vložky do forem

Úspěch 3D tištěné vložky vstřikovací formy závisí především na zvoleném materiálu. Musí být nejen tisknutelný, ale také mít potřebné mechanické a tepelné vlastnosti, aby odolal náročnému prostředí vstřikování - vysokým tlakům, cyklickému tepelnému zatížení a možnému abrazivnímu opotřebení od plněných plastů. Vedle tradičních nástrojových ocelí, jako je H13, zpracovávaných metodou AM, se pro tuto aplikaci na předních místech objevují maragingové oceli. Pochopení jejich vlastností je klíčové pro výběr správného materiálu pro konkrétní potřeby lisování.

Proč maraging a nástrojové oceli?

Tyto materiály nabízejí kombinaci:

• Vysoká pevnost & Tvrdost: Důležité pro trvanlivost a odolnost proti deformaci při působení upínací síly a vstřikovacího tlaku.
• Odolnost proti opotřebení: Rozhodující pro dlouhou životnost, zejména při lisování abrazivních polymerů plněných sklem nebo minerály.
• Houževnatost: Schopnost odolávat praskání při cyklickém namáhání.
• Tepelná vodivost: Důležité pro účinný odvod tepla (i když obecně nižší než u slitin mědi, které se někdy používají pro destičky).
• Odolnost vůči teplotám: Schopnost zachovat si tvrdost při zvýšených teplotách tváření.
• Možnost tisku: Vhodnost pro zpracování běžnými technologiemi AM kovů, jako je například laserová fúze v práškovém loži (LPBF).
• Možnost následného zpracování: Lze je tepelně zpracovávat, obrábět, leštit a povrchově upravovat.

Doporučené materiály pro 3D tištěné vložky do forem:

Prozkoumejme klíčové vlastnosti doporučených prášků: 1.2709 (MS1), H13 a M300. Je důležité si uvědomit, že vlastnosti se mohou mírně lišit v závislosti na konkrétním AM stroji, použitých parametrech a krocích následného zpracování.

Vlastnictví	1.2709 (MS1 Maraging)	Nástrojová ocel H13 (zpracovaná AM)	M300 Maraging Steel	Význam pro vložky do forem
Typická tvrdost (podle tisku)	~30-35 HRC	~45-50 HRC	~33-38 HRC	Označuje výchozí stav před tepelným zpracováním.
Typická tvrdost (tepelně zpracovaná)	~50-55 HRC (tvrzené věkem)	~48-52 HRC (temperované)	~53-58 HRC (tvrzené věkem)	Rozhodující pro odolnost proti opotřebení a poškození.
Pevnost v tahu (tepelně zpracované)	~ 1800-2100 MPa	~1600-1900 MPa	~1900-2200 MPa	Odolnost proti deformaci pod tlakem.
Tepelná vodivost	~14-20 W/(m-K)	~24-28 W/(m-K)	~13-18 W/(m-K)	Ovlivňuje účinnost chlazení (vyšší je lepší).
Tepelné zpracování	Jednoduché stárnutí (~480-500 °C)	Kalení a temperace (~1020 °C Q, ~600 °C T)	Jednoduché stárnutí (~480-500 °C)	Při stárnutí je nižší teplota, menší riziko zkreslení.
Svařitelnost	Dobrý	Mírný (nutný předehřev)	Dobrý	Snadná oprava nebo úprava.
Obrobitelnost (kalené)	Mírný	Obtížné	Mírný	Snadné finální opracování/leštění kritických povrchů.

Export do archů

Hloubkový ponor do každého materiálu:

1. 1.2709 / MS1 Maraging Steel:
   • Složení: Nízkouhlíková ocel legovaná především niklem, kobaltem a molybdenem.
   • Mechanismus: Tvrdost se získává procesem srážecího vytvrzování (stárnutí) při relativně nízkých teplotách (~490 °C) po tisku. V kovové matrici vznikají drobné intermetalické sloučeniny.
   • výhody:
     • Vynikající tisknutelnost: Široce charakterizovaný a relativně snadný tisk hustých dílů s dobrou rozměrovou přesností.
     • Jednoduché tepelné zpracování: Nízkoteplotní stárnutí minimalizuje deformace a zbytková napětí ve srovnání s kalením/kalením.
     • Dobrá rovnováha: Nabízí skvělou kombinaci vysoké pevnosti, dobré houževnatosti a přiměřené tvrdosti pro mnoho lisovacích aplikací.
     • Dobrá obrobitelnost a svařitelnost: Zjednodušuje následné zpracování a případné opravy.
   • Úvahy: Tepelná vodivost je střední, ne tak vysoká jako u H13.
   • Ideální pro: Destičky pro všeobecné použití, složité geometrie s výhodou tepelného zpracování s nízkým zkreslením, aplikace vyžadující dobrou houževnatost. Často výchozí bod.
2. Nástrojová ocel H13 (zpracovaná metodou AM):
   • Složení: Chrom-molybden-vanadová nástrojová ocel pro obrábění za tepla.
   • Mechanismus: Kaleno tradičním kalením při vysoké teplotě (~1020 °C) a následným popouštěním (~550-620 °C).
   • výhody:
     • Vyšší tepelná vodivost: V porovnání s maragingovými ocelemi usnadňuje lepší odvod tepla.
     • Vynikající tvrdost za tepla: Dobře si zachovává tvrdost při zvýšených teplotách, které se vyskytují při některých formovacích procesech.
     • Dobrá odolnost proti opotřebení: Známé pro svou odolnost v tradičním nářadí.
   • Úvahy:
     • Složitější tepelné zpracování: Kalení přináší vyšší riziko deformace a zbytkového napětí, což vyžaduje pečlivé řízení.
     • Problémy s tiskem: Pokud nejsou optimalizovány parametry, mohou být náchylnější k praskání během tisku než maragingové oceli.
     • Nižší obrobitelnost (kalené): Po vytvrzení se hůře obrábí.
   • Ideální pro: Aplikace, kde je zapotřebí maximální tepelná vodivost, vysoké teploty při tváření nebo kde je požadována přímá náhrada tradičně obráběných destiček H13.
3. M300 Maraging Steel:
   • Složení: Podobný základ jako 1.2709, ale obvykle s vyšším obsahem kobaltu a titanu.
   • Mechanismus: Tvrdí se také stárnutím při nízkých teplotách.
   • výhody:
     • Vyšší tvrdost & Pevnost: Po stárnutí dosahuje obvykle o něco vyšší tvrdosti (~55-58 HRC) a pevnosti v tahu než 1.2709.
     • Vynikající odolnost proti opotřebení: Zvýšená tvrdost přispívá k lepší odolnosti proti abrazivním plnivům.
     • Jednoduché tepelné zpracování: Těží ze stejného procesu stárnutí s nízkým zkreslením.
   • Úvahy: Může mít o něco nižší houževnatost než 1.2709. Tisknutelnost je obecně dobrá, ale vyžaduje optimalizované parametry. Tepelná vodivost je podobná jako u 1.2709.
   • Ideální pro: Náročné aplikace vyžadující maximální tvrdost a odolnost proti opotřebení, jako je lisování vysoce abrazivních plastů nebo dosažení delší životnosti nástrojů ve velkosériové výrobě.

Důležitost kvality prášku:

Konečné vlastnosti 3D tištěné vložky přímo souvisejí s kvalitou použitého kovového prášku. Faktory jako např:

• Sféricita: Hladké, kulovité částice snadno tečou a hustě se balí, čímž se minimalizují dutiny.
• Distribuce velikosti částic (PSD): Řízený PSD zajišťuje konzistentní tavení a tvorbu vrstev.
• Čistota: Nízký obsah nečistot (např. kyslíku a dusíku) zabraňuje vzniku vad a zajišťuje požadované mechanické vlastnosti.  
• Tekutost: Pro rovnoměrné vrstvy v loži tiskárny je zásadní konzistentní tok prášku.  

Zde hrají zásadní roli specializovaní výrobci prášků. Společnosti jako např Met3dp, využívající pokročilé techniky výroby prášků, jako je špičková plynová atomizace a plazmový proces s rotujícími elektrodami (PREP), se zaměřují na poskytování vysoce kvalitní kovové prášky optimalizované pro aditivní výrobu. Jejich odborné znalosti zajišťují prášky s vysokou sféricitou, kontrolovanou PSD, vynikající tekutostí a vysokou čistotou, které tvoří základ pro spolehlivé a vysoce výkonné 3D tištěné vložky do forem. Výběr poskytovatele služeb, který používá certifikované, vysoce kvalitní prášky od renomovaných výrobců, jako je Met3dp, je zásadní pro dosažení konzistentních a předvídatelných výsledků ve vašich nástrojích.

Výběr vhodného materiálu - ať už 1.2709 pro jeho vyváženost, H13 pro tepelné vlastnosti nebo M300 pro maximální tvrdost - vyžaduje pečlivé zvážení konkrétní aplikace vstřikování, vstřikovaného plastu a požadované životnosti a výkonových charakteristik nástroje. Konzultace s odborníky na AM nástroje může pomoci při tomto zásadním rozhodování.

Navrhování pro aditivní úspěch: Klíčové úvahy o 3D tištěných vložkách do forem

Úspěšné využití aditivní výroby kovů pro vložky vstřikovacích forem není jen o výběru správného materiálu, ale vyžaduje zásadní posun v konstrukčním myšlení. Zásady návrhu pro aditivní výrobu (DfAM) jsou pro využití plného potenciálu této technologie nejdůležitější, zejména pro vytváření složitých geometrií, jako jsou konformní chladicí kanály, zajištění vyrobitelnosti a optimalizaci výkonu. Inženýři a konstruktéři musí brát v úvahu jedinečné příležitosti a omezení, které představuje proces vytváření vrstev po vrstvách. Zanedbání DfAM může vést k selhání tisku, neoptimálnímu výkonu nebo zvýšenému úsilí a nákladům na následné zpracování.

Zde jsou kritické konstrukční hlediska pro vložky do forem AM:

1. Konstrukce konformního chladicího kanálu:

• Blízkost a cesta: Kanály by měly přesně kopírovat obrys povrchu formy (obvykle ve vzdálenosti 3-10 mm v závislosti na materiálu a aplikaci), ale měly by zachovávat minimální tloušťku stěny vůči povrchu formy a vnější straně vložky kvůli strukturální integritě a přenosu tepla. Dráha by měla být hladká a měla by se vyhýbat ostrým úhlům (<90°), které mohou způsobit pokles tlaku, turbulentní proudění a potenciální mrtvé zóny. Používejte pozvolné ohyby (poloměr obvykle >3x průměr kanálu).
• Průměr a tvar: Průměry kanálů se obvykle pohybují od 3 mm do 10 mm. Menší průměry nabízejí těsnější shodu, ale vyšší tlakové ztráty; větší průměry mají nižší tlakové ztráty, ale méně přesnou tepelnou regulaci. Nekruhové tvary (např. slza, ovál) mohou být výhodné pro blízkost nebo samonosnost při tisku, ale vyžadují pečlivou analýzu proudění.
• Vstupy/výstupy: Navrhněte standardní šroubení (např. závitové spoje), které lze snadno opracovat nebo integrovat po tisku pro připojení chladicích potrubí. Zajistěte dostatečnou dosedací plochu pro obrábění těsnicích ploch.
• Vyrobitelnost: Zvažte minimální průměr potisknutelného kanálu a možnosti přesahu zvoleného kanálu aditivní výroba (např. Laser Powder Bed Fusion – LPBF). Zatímco AM může vytvářet složité dráhy, extrémně malé nebo klikaté kanály může být obtížné spolehlivě vytisknout a, což je rozhodující, vyčistit od netaveného prášku.
• Simulace: Využívejte tepelné a CFD (Computational Fluid Dynamics) simulační nástroje k optimalizaci uspořádání kanálů, předvídání chladicího výkonu, zajištění vyváženého proudění a identifikaci potenciálních horkých míst nebo problémů s tlakem před zahájením tisku.

2. Minimální tloušťka stěny a velikost prvku:

• Strukturální integrita: Vložky musí odolávat upínacím a vstřikovacím tlakům. Minimální tloušťka stěny závisí na materiálu, celkové velikosti vložky a provozních tlacích, ale obecně se pohybuje od 0,5 mm do 2 mm nebo více u konstrukčních stěn. Tenké stěny jsou náchylné k deformaci během tisku a tepelného zpracování.
• Přenos tepla: Tloušťka stěny mezi chladicím kanálem a povrchem formy přímo ovlivňuje účinnost přenosu tepla. Tenčí je obecně lepší pro rychlost chlazení, ale je třeba respektovat konstrukční a výrobní limity.
• Funkce pro tisk: Pochopení limitů rozlišení procesu AM. Minimální velikost potisknutelných prvků (např. žeber, čepů, otvorů) se obvykle pohybuje kolem 0,3-0,5 mm, ale dosažení ostrých hran nebo velmi jemné textury vyžaduje pečlivé nastavení parametrů a často i následné zpracování.

3. Podpůrné struktury:

• Účel: Podpěry ukotvují díl na konstrukční desce, zabraňují deformacím způsobeným tepelným namáháním a podpírají převislé prvky (obvykle úhly pod 45° od vodorovné roviny).
• DfAM pro podpory:
  • Orientace: Orientujte díl na konstrukční desce tak, abyste minimalizovali potřebu podpěr, zejména na kritických nebo těžko přístupných plochách.
  • Samonosné úhly: Pokud je to možné, navrhněte prvky s úhly většími než 45°. Vnitřní kanály ve tvaru slzy nebo kosočtverce mohou být samonosné.
  • Přístupnost: Zajistěte, aby byly podpěry umístěny na místech přístupných pro odstranění ručními nebo strojními metodami. Vyhněte se vnitřnímu zachycení podpěr.
  • Kontaktní místa: Optimalizujte kontaktní body podpěr, abyste minimalizovali stopy na povrchu finálního dílu a usnadnili demontáž. Pomoci mohou perforované nebo kuželové podpěry.
  • Tepelný management: Podpěry rovněž odvádějí teplo; jejich umístění může ovlivnit tepelné namáhání a případné deformace.

4. Odstranění prášku:

• Interní kanály: Navrhněte účinné vstupní a výstupní body pro vnitřní konformní chladicí kanály nebo jiné dutiny, které umožní odstranění nerozpuštěného prášku po tisku (obvykle pomocí vibrací, stlačeného vzduchu nebo proplachování). Vyhněte se slepým kanálům nebo příliš složitým sítím, kde by se prášek mohl trvale zachytit.
• Únikové otvory: V uzavřených prázdných prostorách strategicky umístěte malé otvory (které lze v případě potřeby později ucpat), aby se usnadnilo odvádění prášku.

5. Strategie orientace na budování:

• Povrchová úprava: Povrchy směřující nahoru nebo dolů mají obvykle odlišné profily drsnosti. Kritické povrchy mohou diktovat volbu orientace, i když je často nutné dodatečné obrábění. Stupňovité povrchy (schodovitý efekt) jsou nejvýraznější na mělkých úhlech.
• Podporuje: Jak již bylo zmíněno, orientace výrazně ovlivňuje množství a umístění potřebných podpůrných konstrukcí.
• Doba výstavby & Náklady: Orientace ovlivňuje výšku sestavy (výšku Z), což přímo ovlivňuje dobu tisku a náklady.
• Anizotropie: Mechanické vlastnosti se někdy mohou mírně lišit v závislosti na směru sestavení vzhledem k působícímu napětí v konečné aplikaci. U kovů je to ve srovnání s polymery méně výrazné, ale u vysoce namáhaných součástí to může být na pováženou.

6. Hybridní výrobní přístup:

• Navrhněte vložku speciálně pro AM a zaměřte se na složitost tam, kde je to potřeba (např. konformní chlazení v blízkosti dutiny). Navrhněte jednodušší základní struktury nebo rozhraní určená pro konvenční obrábění. Tento hybridní přístup optimalizuje náklady a využívá silné stránky obou výrobních metod.

7. Úvahy o odvzdušnění:

• AM umožňuje integrovat tenké porézní části nebo složité mikroventilační kanálky přímo do vložky v těžko přístupných oblastech, což zlepšuje odvod plynů během vstřikování a omezuje vady, jako jsou stopy po spálení nebo krátké výstřely.

Pečlivým zvážením těchto principů DfAM mohou výrobci maximalizovat výhody použití AM pro vložky vstřikovacích forem a získat tak nástroje, které jsou nejen vyrobitelné, ale také výrazně výkonnější než jejich tradiční protějšky. Spolupráce se zkušenými poskytovatelé služeb aditivní výroby, kteří mají hluboké odborné znalosti v oblasti DfAM pro nástroje, se důrazně doporučuje, aby se v těchto složitostech efektivně orientovali.

---

Přesnost & Kvalita: Pochopení tolerancí, povrchové úpravy a přesnosti u vložek do forem AM

Při zvažování 3D tištěných vložek do forem, zejména pro vysoce přesné aplikace vstřikování, jsou pro konstruktéry i manažery nákupu zásadní otázky týkající se dosažitelné tolerance, kvality povrchu a celkové rozměrové přesnosti. Ačkoli AM zpracování kovů nabízí neuvěřitelnou geometrickou volnost, je nezbytné mít realistická očekávání ohledně jeho inherentní přesnosti a pochopit roli následného zpracování při dosahování konečných specifikací. Kontrola kvality v průběhu celého procesu je zásadní pro zajištění funkčních a vysoce výkonných nástrojů.

Stav po vytištění vs. stav po zpracování:

Je důležité rozlišovat mezi stavem destičky bezprostředně po tisku a jejím stavem po nezbytných krocích následného zpracování (jako je tepelné zpracování, obrábění, leštění).

• Jak bylo vytištěno: Vložka bude mít určité vlastní tolerance a drsnost povrchu, které jsou charakteristické pro proces vytváření vrstev. Vnitřní prvky, jako jsou konformní chladicí kanály, si z velké části zachovají svůj stav po vytištění.
• Následné zpracování: Kritické funkční povrchy (např. dělící čáry, povrchy dutin/jader, těsnicí plochy, rozhraní tvarovek) se obvykle obrábějí a/nebo leští, aby se dosáhlo požadovaných přísných tolerancí a hladkých povrchů, které vstřikování vyžaduje.

Schopnosti tolerance:

• Obecné tolerance (podle tisku): U typických kovových LPBF procesů používaných pro nástrojové oceli se obecné dosažitelné tolerance často pohybují v rozmezí ±0,1 mm až ±0,2 mm pro menší rozměry (např. do 100 mm) nebo ±0,1 % až ±0,2 % pro větší rozměry. Tyto hodnoty se mohou výrazně lišit v závislosti na:
  • Kalibrace a stav stroje
  • Geometrie a velikost dílu
  • Orientace na stavbu
  • Vlastnosti materiálu (smrštění, napětí)
  • Strategie podpory
• Dosažení přísnějších tolerancí: U vložek do forem jsou tyto obecné tolerance AM pro kritická rozhraní často nedostatečné. Následné obrábění (CNC frézování, broušení, elektroerozivní obrábění) je téměř vždy nutná k dosažení typických tolerancí při výrobě forem, které mohou být ±0,01 mm až ±0,05 mm nebo ještě těsnější, v závislosti na konkrétní funkci a aplikaci. Navrhujte díly s přídavky na obrábění (zásoby) na kritických plochách.
• standardy: Ačkoli existují obecné normy pro tolerance AM (např. řada ISO/ASTM 52900 poskytuje terminologii a pojmy), konkrétní dosažitelné tolerance jsou velmi závislé na řízení procesu dodavatele. Referenční normy, jako je ISO 2768 (obecné tolerance), by mohly být použity jako základ, ale specifické dohody se poskytovatel služeb 3D tisku kovů jsou nezbytné.

Povrchová úprava (drsnost):

• Drsnost povrchu (Ra) po vytištění: Povrchová úprava kovových dílů vytištěných metodou as-printing je podstatně drsnější než u obráběných povrchů. Typické hodnoty Ra se pohybují od 6µm až 20µm, pod vlivem:
  • Tloušťka vrstvy: Silnější vrstvy obecně vedou k drsnějším povrchům.
  • Velikost částic prášku: Jemnější prášky mohou mít hladší povrch.
  • Orientace: Povrchy směřující na horní stranu jsou často hladší než boční stěny nebo povrchy směřující dolů (na kterých mohou být vidět kontaktní body podpěr). Šikmé povrchy vykazují schodovitý efekt.
  • Parametry laseru: Parametry tavení ovlivňují strukturu povrchu.
• Dosažení hladkých povrchů: U povrchů dutin/jader forem je hladký povrch nezbytný pro vyhazování dílů a dosažení požadovaného estetického vzhledu plastových dílů. Zřídkakdy jsou přijatelné povrchy s otiskem. Následné zpracování, především leštění (ruční nebo automatické), pro dosažení typické povrchové úpravy formy, často specifikované pomocí norem SPI (Society of the Plastics Industry) (např. zrcadlový lesk A-1 <0,012 µm Ra, pololesk B-2 ~0,1-0,2 µm Ra, mat C-3 ~0,35-0,5 µm Ra). Často je nutné rozsáhlé leštění, které výrazně zvyšuje náklady a dobu realizace.
• Interní kanály: Konformní chladicí kanály si obecně zachovávají drsnost povrchu v podobě, v jaké byly vytištěny, což může mírně zvýšit tlakovou ztrátu ve srovnání s hladkými vrtanými kanály. V případě potřeby lze někdy ke zlepšení vnitřní povrchové úpravy použít abrazivní průtokové obrábění nebo chemické leštění, což však zvyšuje složitost.

Rozměrová přesnost & Kontrola kvality:

• Faktory ovlivňující přesnost: Dosažení konzistentní rozměrové přesnosti vyžaduje důslednou kontrolu procesu, včetně:
  • Kalibrace stroje: Pravidelná kalibrace laserů, skenerů a pohybových systémů systému AM.
  • Tepelný management: Řízení teploty v konstrukční komoře a řízení tepelného namáhání během tisku.
  • Konzistence materiálu: Používání vysoce kvalitních a konzistentních kovové prášky je zásadní. Špatná kvalita prášku může vést k vadám ovlivňujícím rozměry.
  • Efekty následného zpracování: Tepelné zpracování může způsobit mírné zkreslení (i když se minimalizuje stárnutím maragingové oceli) a obrábění musí být přesné.
• Metrologie a kontrola: Důkladná kontrola kvality je pro nástroje nepostradatelná.
  • Rozměrová kontrola: Souřadnicové měřicí stroje (CMM) se používají k ověření kritických rozměrů po následném zpracování. Optické skenování (3D skenování) umožňuje porovnat finální díl s původním modelem CAD.
  • Ověřování interních funkcí: Pro konformní chladicí kanály, Počítačová tomografie (CT) je často jediným způsobem, jak nedestruktivně ověřit dráhu kanálu, zkontrolovat, zda nedošlo k ucpání nebo zachycení prášku, a změřit tloušťku vnitřní stěny.
  • Integrita materiálu: Aby se zajistilo, že materiál splňuje specifikace, mohou být provedeny kontroly hustoty, zkoušky materiálu (tvrdost) a analýza mikrostruktury.

Partnerství pro kvalitu:

Dosažení požadované přesnosti a kvality vyžaduje práci s poskytovatel služeb 3D tisku kovů která prokázala odborné znalosti zejména v oblasti nástrojů. Hledejte poskytovatele jako např Met3dp a jejich partnery, kteří kladou důraz na:

• Robustní systémy řízení kvality: (např. certifikace ISO 9001).
• Pokročilé vybavení: Dobře udržované a kalibrované průmyslové systémy AM.
• Řízení procesu: Definované postupy pro tisk, manipulaci a následné zpracování.
• Vysoce kvalitní materiály: Získávání certifikovaných prášků od renomovaných výrobců. Důkazem tohoto závazku ke kvalitě u zdroje je zaměření společnosti Met3dp na výrobu prášků s vysokou sféricitou a čistotou pomocí pokročilé atomizace.
• Komplexní metrologie: Schopnosti pro CMM, případně CT skenování a další příslušné kontrolní metody.

Pochopením možností a omezení této technologie a důkladným následným zpracováním a kontrolou kvality mohou výrobci bez obav využívat technologii AM pro výrobu vysoce přesných a výkonných vložek do vstřikovacích forem.

---

Za hranice tisku: Základní kroky následného zpracování pro funkční vložky do forem

Získání 3D tištěného kovového dílu ze stroje je pouze prostředním bodem na cestě k funkční vložce vstřikovací formy. Řada kritických následné zpracování kovu AM je třeba provést několik kroků, aby se z vytištěné součásti stal odolný a přesný nástroj připravený na náročné podmínky vstřikování. Tyto kroky jsou nezbytné pro dosažení požadovaných mechanických vlastností, rozměrové přesnosti, povrchové úpravy a celkové funkčnosti. Pochopení tohoto pracovního postupu je nezbytné pro přesný odhad časového harmonogramu projektu a nákladů.

Zde je typická posloupnost operací následného zpracování 3D tištěných vložek do forem z maragingové oceli (nebo H13):

1. Tepelné ošetření proti stresu (volitelné, ale doporučené):

• Účel: Snížení vnitřního pnutí vznikajícího během procesu tisku po vrstvách v důsledku rychlých cyklů zahřívání a chlazení. Tím se minimalizuje riziko deformace nebo prasklin při vyjmutí dílu z konstrukční desky.
• Proces: Obvykle se provádí, když je díl stále připevněn k desce v peci s inertní atmosférou při mírné teplotě (nižší než teplota stárnutí/temperování). U maragingových ocelí to může být přibližně 300-400 °C; u H13 může být teplota vyšší.

2. Odstranění ze stavební desky:

• Účel: Oddělit vytištěnou destičku (destičky) od kovové stavební desky, na kterou byly nataveny.
• Metody: Obvykle se provádí pomocí elektroerozivního obrábění nebo pásové pily. Je nutná přesnost, aby nedošlo k poškození dílů.

3. Odstranění podpůrné konstrukce:

• Účel: Odstranění dočasných konstrukcí, které podporovaly díl během tisku.
• Metody: Tento krok může být náročný na práci.
  • Ruční odstranění: Podpěry jsou často navrženy se zeslabenými spojovacími body a někdy je lze vylomit ručně nebo pomocí jednoduchých nástrojů.
  • Obrábění: CNC frézování nebo broušení se často používá k odstranění podpěrných základů a vyhlazení stop, zejména na kritických plochách.
  • Drátové elektroerozivní obrábění: Lze použít pro složité nebo těžko přístupné podpěry.
• Význam DfAM: Dobrý návrh (jak již bylo uvedeno výše) zaměřený na minimalizaci podpěr a zajištění přístupnosti tento krok výrazně zjednodušuje.

4. Tepelné zpracování (kalení):

• Účel: Jedná se pravděpodobně o nejdůležitější krok pro dosažení konečných požadovaných mechanických vlastností (tvrdost, pevnost, odolnost proti opotřebení) nástrojové oceli.
• Proces:
  • Maraging Steels (1.2709, M300): Podstoupit stárnutí. To zahrnuje zahřátí dílů v řízené atmosféře nebo vakuové peci na relativně nízkou teplotu (obvykle 480-500 °C) a jejich několikahodinové udržování (např. 3-6 hodin). Tím se v kovové matrici vysráží tvrdé fáze. Hlavní výhodou je minimální deformace v důsledku nízké teploty a absence kalení.
  • Nástrojová ocel H13: Vyžaduje tradičnější kalení a popouštění proces. Díly se zahřejí na vysokou austenitizační teplotu (~1020 °C), rychle se ochladí (kalí) v plynu nebo oleji a poté se popouštějí při nižší teplotě (~550-620 °C, často několikrát), aby se dosáhlo cílové tvrdosti a houževnatosti. Tento proces s sebou nese vyšší riziko deformace a vyžaduje pečlivé řízení.
• Výsledek: Přemění relativně měkký díl po vytištění na tvrdou a odolnou destičku z nástrojové oceli.

5. Obrábění (kritické rozměry a vlastnosti):

• Účel: Dosažení přesných konečných rozměrů, tolerancí a vlastností potřebných pro montáž a funkci formy.
• Metody: Využívá konvenční subtraktivní techniky na tvrzeném dílu AM:
  • CNC frézování/soustružení: K vytváření rovných těsnicích ploch, dělících čar, přesných rozměrů dutin/jader, závitů pro šroubení, kapes atd.
  • Broušení: Pro dosažení velmi těsných tolerancí a jemných povrchových úprav na rovných nebo válcových plochách.
  • EDM (dřez nebo drát): Pro vytváření ostrých rohů, složitých prvků nebo obrábění velmi tvrdých materiálů, které se obtížně frézují nebo brousí.
• Požadavek: As-printed parts must be designed with sufficient machining stock (e.g., 0.5-1.0mm) on surfaces requiring finishing.

6. Leštění:

• Účel: Dosažení požadované povrchové úpravy dutiny formy a povrchu jádra pro dobré uvolnění plastového dílu a požadovaný estetický vzhled.
• Metody: Může se jednat o ruční leštění pomocí postupně jemnějších brusných kamenů a diamantových past až po automatizované techniky leštění. Dosažení vysokého lesku a zrcadlového povrchu (např. SPI A-1) vyžaduje značný čas a kvalifikovanou práci.
• Dopad: Přímo ovlivňuje kvalitu výlisku z plastu a může ovlivnit životnost nástroje (hladší povrch může někdy snížit opotřebení).

7. Povrchové úpravy/nátěry (volitelné):

• Účel: K dalšímu zvýšení specifických vlastností, jako je odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi nebo mazivost.
• Metody:
  • Nitridace: Difuzní proces pro zpevnění povrchu.
  • Povlaky PVD (Physical Vapor Deposition): Nanášení tenkých keramických povlaků, jako je nitrid titanu (TiN), nitrid chromu (CrN) nebo jiné, pro výrazné zvýšení tvrdosti povrchu a snížení tření.
• Případ použití: Často se používá pro velmi velké objemy nebo při lisování vysoce abrazivních (např. sklem plněných) plastů.

8. Závěrečné čištění & amp; kontrola:

• Účel: Zajistěte, aby vložka byla čistá, bez nečistot (zejména uvnitř chladicích kanálů) a splňovala všechny rozměrové specifikace a specifikace povrchové úpravy.
• Metody: Důkladné čištění, konečná kontrola rozměrů (CMM), vizuální kontrola, případně zkouška průtoku chladicími kanály.

Rozsah a složitost následného zpracování významně ovlivňují konečné náklady a dobu realizace 3D tištěných vložek do forem. Spolupráce s komplexními službami poskytovatel služeb 3D tisku kovů který nabízí integrované možnosti následného zpracování nebo spravuje kvalifikovanou síť partnerů, zajišťuje zefektivnění pracovního postupu a zaručuje, že výsledná vložka splňuje požadované specifikace pro náročné aplikace vstřikování.

---

Překonávání překážek: Obvyklé problémy a řešení při tisku kovových vložek do forem

Ačkoli aditivní výroba kovů nabízí obrovské výhody pro vložky vstřikovacích forem, není bez problémů. Klíčem k úspěšné výrobě spolehlivých a vysoce výkonných nástrojů je pochopení potenciálních problémů a zavedení účinných strategií jejich zmírnění. Povědomí o těchto překážkách umožňuje konstruktérům a manažerům nákupu vést informované diskuse s poskytovateli služeb a stanovit realistická očekávání.

Zde jsou uvedeny některé běžné problémy, se kterými se setkáváme nástroje pro 3D tisk a jak je řešit:

1. Deformace a zkreslení:

• Výzva: Výrazné teplotní gradienty během procesu tání a tuhnutí po vrstvách vyvolávají vnitřní napětí. Tato napětí mohou způsobit deformaci dílu během tisku nebo deformaci po vyjmutí z konstrukční desky nebo během tepelného zpracování (zejména kalení).
• Řešení:
  • Optimalizované podpůrné struktury: Dobře navržené podpěry bezpečně ukotvují díl a pomáhají zvládat tepelné namáhání.
  • Orientace na stavbu: Strategická orientace může minimalizovat kumulaci stresu v kritických oblastech.
  • Optimalizace strategie skenování: Použití technik, jako je skenování ostrůvků nebo šachovnicové vzory, rozbíjí dlouhé tání, čímž se snižuje hromadění stresu.
  • Vytápění stavebních desek: Udržování zvýšené a stálé teploty na konstrukční desce snižuje tepelné gradienty.
  • Cykly pro uvolnění stresu: Klíčové je provedení mezitlakových tepelných úprav během sestavování (méně časté) nebo bezprostředně po tisku (velmi časté).
  • Simulace: Použití softwaru pro simulaci procesu k předpovědi napětí a deformace umožňuje úpravu konstrukce a parametrů před tisk.
  • Výběr materiálu: Maraging oceli vyžadující pouze nízkoteplotní stárnutí obecně vykazují menší deformace než oceli vyžadující vysokoteplotní kalení (jako H13).

2. Praskání (tuhnutí nebo praskání za studena):

• Výzva: Trhliny mohou vznikat během tuhnutí taveniny nebo později během chlazení v důsledku vysokých zbytkových napětí, která překračují pevnost materiálu, zejména u slitin citlivých na trhliny nebo u složitých geometrií.
• Řešení:
  • Optimalizované parametry tisku: Vyladění výkonu laseru, rychlosti skenování a tloušťky vrstvy je rozhodující pro řízení rychlosti chlazení a minimalizaci napětí.
  • Předehřev: Zvýšená teplota stavební desky/komory snižuje tepelný šok.
  • Vysoce kvalitní prášek: Použití prášků s kontrolovaným chemickým složením a nízkým obsahem nečistot (jako jsou prášky vyráběné společností Met3dp pomocí pokročilé atomizace) minimalizuje místa iniciace trhlin.
  • Vhodný výběr materiálu: Některé slitiny jsou ze své podstaty náchylnější k praskání než jiné.
  • Úleva od stresu: Rychlá úleva od stresu po tisku je zásadní.

3. Pórovitost (plyn nebo nedostatek fúze):

• Výzva: Dutiny v tištěném materiálu zhoršují jeho hustotu, mechanické vlastnosti (zejména únavovou pevnost) a případně i jeho leštitelnost. Pórovitost může vzniknout v důsledku plynu zachyceného v bazénu taveniny nebo nedostatečného přívodu energie, což vede k neúplnému spojení mezi vrstvami nebo skenovacími stopami.
• Řešení:
  • Optimalizace parametrů: Přesné nastavení výkonu laseru, rychlosti skenování, vzdálenosti mezi šrafami a zaostření zajišťuje úplné roztavení a tavení.
  • Vysoce kvalitní prášek: Použití suchého sférického prášku s nízkým obsahem vnitřního plynu a dobrou tekutostí minimalizuje pórovitost plynu a zajišťuje rovnoměrné rozprostření vrstvy. Klíčová je ochrana prášku před vlhkostí.
  • Stínicí plyn: Udržování vysoce čisté atmosféry inertního ochranného plynu (argonu nebo dusíku) zabraňuje oxidaci a kontaminaci během tisku.
  • Izostatické lisování za tepla (HIP): Volitelný, nákladný krok následného zpracování zahrnující vysokou teplotu a tlak, který uzavře vnitřní póry. Obvykle je vyhrazen pro kritické aplikace vyžadující maximální hustotu a únavovou životnost.

4. Obtíže při odstraňování podpůrné konstrukce:

• Výzva: Špatně navržené nebo nepřístupné podpěry mohou být velmi obtížně, časově i finančně náročně odstranitelné a mohou poškodit povrch dílu.
• Řešení:
  • DfAM Focus: Konstrukce s minimální potřebou podpory (samonosné úhly, optimalizovaná orientace).
  • Chytrá konstrukce podpory: Používejte specializované podpůrné konstrukce (např. tenkostěnné, perforované, stromové podpěry) s optimalizovanými kontaktními body pro snadnější odpojení.
  • Plánování přístupnosti: Zajistěte, aby nástroje (ruční nebo strojní) dosáhly na podpěrné konstrukce.
  • Vhodné techniky odstraňování: Zvolte nejlepší metodu (ruční, frézování, elektroerozivní obrábění) podle typu a umístění podpěry.

5. Odstranění zachyceného prášku:

• Výzva: Pokud jsou únikové cesty nedostatečné, může se netavený prášek zachytit ve složitých vnitřních kanálech (jako je konformní chlazení). To zvyšuje hmotnost, může bránit průtoku chladicí kapaliny a představuje riziko kontaminace.
• Řešení:
  • DfAM pro odstraňování prášku: Navrhněte kanály s dostatečným průměrem, hladkými cestami a vyhrazenými vstupními/výstupními/odtokovými otvory.
  • Únikové otvory: Přidejte malé, strategicky umístěné otvory v uzavřených dutinách.
  • Důkladné čisticí postupy: Využijte vibrační stoly, stlačený vzduch, ultrazvukové čističe nebo specializované proplachovací zařízení po tisku.
  • Kontrola pomocí CT: Ověřte úplné odstranění prášku, zejména v kritických kanálech.

6. Dosažení jemných detailů a povrchové úpravy:

• Výzva: Vrstvová povaha a dynamika taveniny omezují minimální velikost prvku a vlastní hladkost povrchu dosažitelnou přímo v procesu AM. Dosažení ostrých hran nebo zrcadlového povrchu vyžaduje značné úsilí.
• Řešení:
  • Rozlišení procesu: Zvolte proces AM a parametry (např. menší velikost laserového bodu, tenčí vrstvy) vhodné pro jemné detaily a akceptujte možné kompromisy v rychlosti výroby.
  • Orientace: Optimální umístění kritických prvků vzhledem ke směru stavby.
  • Rozsáhlé následné zpracování: Spolehněte se na přesné CNC obrábění pro ostré hrany a rysy a pečlivé vícestupňové leštění pro povrchovou úpravu. Řiďte se očekáváními - povrchová úprava po vytištění není připravena k výrobě forem.

Zmírnění následků prostřednictvím odborných znalostí a řízení procesů:

Překonání těchto výzev vyžaduje kombinaci robustních postupů DfAM, optimalizovaných a ověřených parametrů tisku, vysoce kvalitních materiálů a pečlivého následného zpracování. Spolupráce se zkušeným poskytovatel služeb 3D tisku kovů má zásadní význam. Společnosti s hlubokými znalostmi metalurgie, fyziky procesů, požadavků na nástroje a přísnými systémy kontroly kvality, které často využívají prémiové technologie, jsou schopny zajistit, aby se jejich produkty kovové prášky známé svou konzistencí a čistotou, jsou nejlépe vybaveny k tomu, aby se vypořádaly s těmito potenciálními úskalími a dodaly úspěšné, vysoce výkonné 3D tištěné vložky do forem. Předběžná diskuse o těchto potenciálních problémech s dodavatelem zajistí sladění a účinné strategie pro zmírnění rizik.

Výběr dodavatele: Výběr správného poskytovatele služeb 3D tisku kovů pro nástroje

Výběr správného výrobního partnera je pro úspěšnou implementaci 3D tištěných vložek do vstřikovacích forem klíčový. Jedinečné požadavky na nástroje - náročné materiály, přísné tolerance, kritické povrchové úpravy a integrace složitých prvků, jako je konformní chlazení - vyžadují dodavatele se specifickými odbornými znalostmi nad rámec obecného 3D tisku kovů. Pro manažery nákupu a inženýry, kteří hodnotí potenciální dodavatele, je důležité zaměřit se na schopnosti, které jsou přímo relevantní pro nástroje pro aditivní výrobu je klíčová.

Zde jsou základní kritéria, která je třeba vzít v úvahu při provádění Hodnocení dodavatelů AM nástrojů:

1. Osvědčené odborné znalosti v oblasti nástrojů:
   • Má poskytovatel prokazatelné zkušenosti s výrobou vložek do vstřikovacích forem nebo podobných součástí nástrojů?
   • Mohou se podělit o relevantní případové studie, příklady minulých projektů nebo údaje o výkonnosti (např. dosažené zkrácení doby cyklu)?
   • Rozumí nuancím konstrukce formy, principům chlazení a požadavkům vstřikovacího procesu?
2. Specializace na materiál:
   • Mají zkušenosti s potiskem požadovaných materiálů, zejména maragingových ocelí (1.2709, M300) a příslušných nástrojových ocelí (H13)?
   • Jaký je jejich postup pro manipulaci s materiálem a zajištění kvality prášku? Používají certifikované kovové prášky z důvěryhodných zdrojů? Vysoce kvalitní prášek, jako jsou sférické prášky vyráběné pomocí pokročilé atomizace specialisty, jako je Met3dp, je základem pro dosažení hustých a spolehlivých dílů.
   • Mohou poskytnout materiálové certifikáty a datové listy pro konkrétní použité šarže prášku?
3. Technologie a vybavení:
   • Jaký typ technologie AM kovů používají (typicky LPBF pro nástroje)?
   • Jaké konkrétní modely strojů obsluhují? Jsou tyto průmyslové systémy známé svou spolehlivostí a přesností?
   • Jaká je velikost jejich stavební obálky? Mohou se do nich vejít rozměry vámi požadovaných vložek?
   • Jak často jsou jejich stroje udržovány a kalibrovány?
4. Integrované možnosti následného zpracování:
   • To je velmi důležité. Nabízí poskytovatel komplexní interní následné zpracování, včetně:
     • Odlehčení napětí & Tepelné zpracování (konkrétně stárnutí pro maragingové oceli, Q&T pro H13) s kalibrovanými pecemi?
     • Přesné CNC obrábění (preferované víceosé) pro kritické rozměry a prvky?
     • Možnost drátového a/nebo dutinového elektroerozivního obrábění?
     • Služby leštění forem schopné dosáhnout specifikovaných povrchových úprav SPI?
   • Pokud jsou služby zadávány externě, jakým způsobem řídí kvalitu a dodací lhůty se svými partnery? Bezproblémový pracovní tok je nezbytný.
5. Řízení kvality a kontrola:
   • Pracují v rámci spolehlivého systému řízení kvality (např. certifikace ISO 9001)?
   • Jaké jsou jejich standardní postupy kontroly kvality (QC) pro AM nástroje?
   • Jaké mají metrologické vybavení (CMM, 3D skenování)?
   • Nabízejí nebo mají přístup k CT skenování pro nedestruktivní vnitřní kontrolu a ověření kanálů, což je pro konformní chlazení zásadní?
   • Mohou poskytnout podrobné inspekční zprávy?
6. Podpora návrhu pro aditivní výrobu (DfAM):
   • Může vám jejich tým inženýrů poskytnout odborné poradenství při optimalizaci návrhu vložky pro AM?
   • Mohou pomoci s návrhem konformních chladicích kanálů, strategií podpory a optimalizací funkcí?
   • Využívají simulační nástroje (tepelné, CFD, simulace procesů) k předpovědi výkonu a vyrobitelnosti?
7. Doba realizace, kapacita a komunikace:
   • Jaké jsou jejich typické dodací lhůty pro vložky do forem různé složitosti?
   • Jsou schopni dodržet termíny vašeho projektu?
   • Jak vstřícně a transparentně reagují během procesu tvorby cenové nabídky a výroby? Zásadní je jasná komunikace.
8. Transparentnost nákladů:
   • Jsou v jejich cenové nabídce jasně rozepsány náklady spojené s návrhem/zařízením, materiály, tiskem, odstraněním podpory, různými kroky následného zpracování a kontrolou?
   • Abyste se vyhnuli neočekávaným poplatkům, zjistěte, co přesně je zahrnuto v cenové nabídce.

Pečlivě hodnocení partnerů AM na základě těchto kritérií můžete určit dodavatele, který je schopen dodávat vysoce kvalitní a funkční vložky do forem, jež plně využívají výhod aditivní výroby. Společnosti jako např Met3dp, které se zaměřují na poskytování komplexní řešení zahrnující pokročilé vybavení, vysoce výkonné materiály a odborné znalosti v oblasti aplikací, představují integrovaný přístup, který je nezbytný pro úspěch v náročných průmyslových aplikacích, jako jsou nástroje. Chápou, že úspěch je výsledkem zvládnutí celého procesního řetězce, od prášku až po hotový díl.

---

Investice & Časová osa: Analýza nákladových faktorů a dodacích lhůt pro vložky do forem AM

Přestože výkonnostní výhody 3D tištěných vložek do forem, zejména těch s konformním chlazením, jsou přesvědčivé, pro plánování projektu a výpočet návratnosti investice je nezbytné znát související náklady a typické doby realizace. Oba faktory se mohou výrazně lišit v závislosti na mnoha proměnných a transparentnost ze strany poskytovatele služeb je klíčová.

Klíčové faktory ovlivňující náklady na 3D tištěné vložky do forem:

The náklady na 3D tisk vložek do forem je ovlivněna několika faktory:

1. Spotřeba materiálu:
   • Část Objem: Množství drahého prášku z maragingové nebo nástrojové oceli potřebné pro samotnou destičku.
   • Objem podpůrné struktury: Podpěry také spotřebovávají materiál a je třeba je zohlednit. Dobře optimalizované konstrukce minimalizují plýtvání podpěrami.
   • Typ prášku: Různé slitiny mají různé základní náklady.
2. Strojový čas (čas tisku):
   • Část Objem & Výška: Tisk větších a vyšších dílů trvá déle a zabírá drahý strojní čas.
   • Složitost: Zatímco AM zvládá složitost dobře, velmi složité prvky mohou vyžadovat pomalejší parametry tisku.
   • Počet dílů na sestavení: Současný tisk více destiček může zvýšit efektivitu strojního času na jeden díl, což je důležité pro velkoobchod s nástroji AM objednávky.
3. Práce & amp; Nastavení:
   • Příprava souborů: Čas potřebný k přípravě souboru CAD, návrhu podpěr a plánování rozložení konstrukce.
   • Nastavení a demontáž stroje: Vkládání prášku, nastavení sestavení a čištění stroje po sestavení.
   • Manuální zásah: Především pro odstranění podpěry a odsávání prachu.
4. Následné zpracování (často nejvýznamnější složka nákladů):
   • Tepelné zpracování: Čas a náklady na energii.
   • Odstranění podpory: Mohou být náročné na pracovní sílu nebo vyžadovat vyhrazený čas na obrábění (např. drátové elektroerozivní obrábění).
   • CNC obrábění: Programování, nastavení a doba běhu pro dosažení konečných tolerancí a rysů na kalené oceli. Víceosé obrábění zvyšuje složitost a náklady.
   • Leštění: Zejména u povrchových úprav s vysokým SPI je zapotřebí vysoce kvalifikovaná pracovní síla. To může být v závislosti na ploše povrchu a požadované úrovni povrchové úpravy významným faktorem ovlivňujícím náklady.
   • EDM: Vyžaduje se pro specifické funkce, což prodlužuje dobu procesu a zvyšuje náklady.
5. Zajištění kvality & Inspekce:
   • Standardní rozměrové kontroly (CMM).
   • Pokročilá kontrola, jako je CT vyšetření, zvyšuje náklady, ale může být nezbytná pro kritické vnitřní kanály.
   • Požadavky na dokumentaci a podávání zpráv.

Zohlednění návratnosti investic (ROI):

Zatímco počáteční odhad nákladů na AM břitových destiček mohou být vyšší než u jednoduchých obráběných břitových destiček, je třeba při analýze návratnosti investic zohlednit celkové náklady na vlastnictví a provozní přínosy:

• Zkrácení doby cyklu: Zkrácení cyklů vstřikování (často o více než 20-50 %) vede k vyšší propustnosti, lepšímu využití stroje a nižším nákladům na vstřikování jednoho dílu. To je často hlavním důvodem pro zavedení AM vložek.
• Zlepšená kvalita dílů: Nižší zmetkovitost díky menší deformaci, stopám po propadnutí atd. šetří náklady na materiál a přepracování.
• Životnost nástroje: Vysoce tvrdé maragingové oceli poskytují vynikající odolnost proti opotřebení.
• Umožnění návrhu: Schopnost vyrábět díly, které dříve nebylo možné vyrobit nebo které vyžadovaly složité sestavy.

U složitých geometrií nebo velkosériové výroby, kde je úspora času cyklu značná, je možné použít Návratnost investic do aditivní výroby nástrojů může být velmi atraktivní a rychle vyrovnat počáteční investici.

Typické dodací lhůty pro vložky do forem AM:

The doba přípravy aditivní výroby pro nástroje je rovněž proměnlivá, ale obecně se řídí těmito fázemi:

1. Design & amp; Simulace (DfAM): 1-5 dní (v závislosti na složitosti a požadované analýze).
2. Tisková fronta & Nastavení: 1-3 dny (velmi závisí na počtu nevyřízených žádostí).
3. Tisk: 1-5 dní (velmi závisí na velikosti/výšce/složitosti dílu).
4. Následné zpracování: Tato fáze je často nejdelší:
   • Odstranění stresu / odstranění stavební desky: 1 den.
   • Tepelné zpracování (včetně cyklů v peci): 1-3 dny.
   • Odstranění podpory & Základní obrábění: 2-5 dní.
   • Přesné obrábění a elektroerozivní obrábění: 3-10 dní (velmi závisí na složitosti).
   • Leštění: 2-10 dní (velmi závisí na požadované povrchové úpravě a ploše povrchu).
5. Kontrola a přeprava: 1-3 dny.

Celková předpokládaná doba realizace: Obvykle se pohybuje od 2 až 6 týdnů, ale složité destičky, které vyžadují rozsáhlé obrábění a leštění na vysoké úrovni, mohou přesáhnout tuto hranici.

Je důležité s potenciálními dodavateli podrobně prodiskutovat odhady nákladů i očekávanou dobu realizace a ujistit se, že do svých odhadů zahrnuli všechny nezbytné kroky, zejména následné zpracování a kontrolu. Efektivní pracovní postupy a používání vysoce kvalitních a spolehlivých materiálů, jak zdůrazňují poskytovatelé, jako je Met3dp, mohou přispět k předvídatelnějším časovým lhůtám a nákladově efektivnějším výsledkům.

---

Často kladené otázky (FAQ) o 3D tištěných vložkách do forem z maragingové oceli

Zde jsou odpovědi na některé časté otázky konstruktérů a manažerů nákupu týkající se využití 3D tištěné maragingové oceli pro vložky vstřikovacích forem:

1. Jsou 3D tištěné destičky z maragingové oceli stejně odolné jako tradiční obráběné destičky z nástrojové oceli (např. P20, H13)?

Ano, v mnoha případech mají srovnatelnou nebo dokonce vyšší odolnost. Při správném tisku pomocí vysoce kvalitního prášku a správném tepelně zpracované (zestárlé), maragingové oceli jako 1.2709 a M300 dosahují vysoké tvrdosti (50-58 HRC), vynikající pevnosti v tlaku a dobré odolnosti proti opotřebení. Díky tomu jsou vhodné pro náročné aplikace a dlouhé výrobní série a často se vyrovnají nebo překonají výkonnost tradičních ocelí P20 nebo H13, zejména pokud vezmeme v úvahu výhody získané konformním chlazením. Klíčem je správný výběr materiálu, kontrola procesu během tisku a správné následné zpracování.

2. Jaké jsou náklady na 3D tištěnou destičku s konformním chlazením ve srovnání s tradičně obráběnou destičkou?

Počáteční výrobní náklady na 3D tištěná vložka s konformním chlazením může být vyšší než jednoduchý tradičně obráběné destičky kvůli nákladům na práškový materiál, strojnímu času a rozsáhlému následnému zpracování. Srovnání je však příznivější pro komplexní vložky, kde by tradiční výroba byla také nákladná (např. vyžadující rozsáhlé elektroerozivní obrábění nebo více montovaných součástí). Skutečná hodnota spočívá v Návratnost investic (ROI). Výrazné snížení vstřikování plastů doba cyklu (často 20-50 % nebo více) dosažené díky konformnímu chlazení mohou vést k výrazným úsporám výrobních nákladů (strojní čas, práce, energie), které rychle kompenzují vyšší počáteční náklady na nástroje, zejména při středně- a velkosériové výrobě. Kromě toho zlepšená kvalita dílů snižuje zmetkovitost. Analýza celkových nákladů na vlastnictví proto u složitých nástrojů často upřednostňuje přístup AM.

3. Jaké úrovně kvality povrchu lze dosáhnout na formovacích plochách 3D tištěné vložky?

The povrchová úprava po vytištění kovových dílů AM je relativně drsný (typicky 6-20 µm Ra) a obecně nevhodný pro přímý kontakt s výlisky. Zásadní je následné leštění. Pečlivým ručním nebo automatickým leštěním po obrábění lze dosáhnout celé řady standardních povrchových úprav forem, včetně vysoce lesklých zrcadlových povrchů (SPI A-1, A-2 < 0,1 µm Ra) nebo různých strukturovaných povrchů. Dosažení velmi vysokých povrchových úprav vyžaduje značné množství kvalifikované práce a času, což značně zvyšuje náklady a dobu realizace. Je velmi důležité specifikovat požadovanou úroveň povrchové úpravy SPI již na začátku diskuse s poskytovatelem služeb.

4. Můžeme prostě nahradit stávající obráběnou vložku kopií vytištěnou na 3D tiskárně? Lze snadno převést stávající konstrukce forem?

Prostá replikace stávající konvenčně navržené vložky pomocí 3D tisku obvykle opomíjí hlavní výhody této technologie. Abyste mohli plně využít výhod redesign s využitím designu pro aditivní výrobu (DfAM) zásady jsou nezbytné. To zahrnuje začlenění konformní chladicí kanály, optimalizace tloušťky stěn, plánování podpůrných struktur a odstraňování prášku a případná konsolidace více součástí do jednoho tištěného kusu. Přepracování stávajícího návrhu vyžaduje spolupráci s odborníky na AM, aby bylo možné vložku přepracovat speciálně pro aditivní proces a maximalizovat tepelný výkon. Obvykle se nejedná o scénář přímé “drop-in” náhrady, pokud chcete dosáhnout významných výhod v oblasti doby cyklu a kvality.

---

Závěr: Budoucnost vstřikování s aditivní výrobou

Integrace aditivní výroby kovů do výroby destiček pro vstřikovací formy, zejména s použitím vysoce výkonných maragingových ocelí, jako jsou 1.2709 a M300, představuje významný pokrok v technologii nástrojů. Jak jsme již prozkoumali, schopnost vytvářet destičky s velmi složitou geometrií, zejména optimalizovanou konformní chladicí kanály, nabízí transformační potenciál pro průmysl vstřikování plastů.

Klíč výhody 3D tištěných vložek do forem jsou jasné a přesvědčivé:

• Zrychlená výroba: Dramatické zkrácení doby lisovacího cyklu (často o více než 20-50 %) se přímo promítá do zvýšení výkonnosti a efektivity stroje.
• Vylepšená kvalita dílů: Rovnoměrné chlazení minimalizuje vady, jako jsou deformace, propadliny a zbytková napětí, což vede k vyšší výtěžnosti a lepší rozměrové stabilitě.
• Bezprecedentní svoboda designu: Umožňuje vytvářet složité prvky forem a strategie chlazení, které jsou při použití tradičních metod nemožné, a umožňuje tak vytvářet inovativnější konstrukce plastových dílů.
• Srovnatelná odolnost: Správně zpracované destičky z maragingové oceli mají vynikající tvrdost, pevnost a odolnost proti opotřebení, které jsou vhodné pro náročné výrobní prostředí.
• Rychlejší iterace nástrojů: AM usnadňuje rychlejší výrobu prototypů a překlenovacích nástrojů, čímž urychluje vývojové cykly výrobků.

Úspěšné využití těchto výhod však vyžaduje komplexní přístup. To vyžaduje, aby se Design pro aditivní výrobu (DfAM), pečlivý výběr materiálu, pečlivé následné zpracování (včetně tepelného zpracování, obrábění a leštění) a důkladná kontrola kvality.

Kromě toho je velmi důležité vybrat správného výrobního partnera. Spolupráce s poskytovatel služeb 3D tisku kovů která má hluboké odborné znalosti v oblasti nástrojových aplikací, používá vysoce kvalitní materiály, provozuje nejmodernější zařízení a nabízí komplexní možnosti následného zpracování a kontroly, je pro úspěch nezbytná.

Firmy jako Met3dp stojí v čele tohoto technologického posunu a je hnací silou inovací prostřednictvím vývoje pokročilých systémů aditivní výroby a prémiových technologií kovové prášky optimalizované pro náročné aplikace. Jejich závazek poskytovat komplexní řešení umožňuje výrobcům v leteckém, automobilovém, zdravotnickém a průmyslovém odvětví plně využít potenciál AM.

The budoucnost nástrojů nepochybně zahrnuje větší integraci aditivní výroby. Díky překonání tradičních omezení umožňují 3D tištěné vložky výrobcům dosáhnout nové úrovně efektivity, kvality a inovace designu při vstřikování plastů.

Jste připraveni prozkoumat, jak mohou 3D tištěné vložky z maragingové oceli revolučně změnit vaše vstřikovací operace? Obraťte se na odborníky z Met3dp a prodiskutovat s vámi konkrétní problémy s nástroji a zjistit, jak vám aditivní výroba může poskytnout konkurenční výhodu.