Farsoon opracował proces druku 3D ze stali narzędziowej H13

Pierwsze wdrożenie wydruku z H13 i jego właściwości mechaniczne

H13 to powszechnie stosowana, uniwersalna stal narzędziowa, dobrze znana ze swych dobrych właściwości mechanicznych, wysokiej odporności na ściskanie, na szok termiczny i ścieranie. W porównaniu do innych gatunków stali, H13 jest częściej stosowany do produkcji narzędzi do pracy w wysokiej temperaturze ze względu na wysoką wytrzymałość i dobrą stabilność podczas obróbki cieplnej. Wytwarzanie elementów ze stali narzędziowej H13 obejmuje szeroki zakres zastosowań: począwszy od form odlewnicznych, matryc do wytłaczania oraz elementów form wtryskowych o wysokiej wytrzymałości i gładkości.

Wysoka zawartość węgla w stopie stali H13 sprawia, że stapianie proszku H13 (proces wytwarzania addytywnego) przy standardowych parametrach dla proszków metalowego jest niezwykle trudne. Zawartość węgla łatwo odparowuje i może zanieczyścić powierzchnię proszku podczas procesu wytwarzania co może prowadzić do niechcianych powikłań i problemów takich jak wtrącenia wewnętrzne w elemencie, porowatość czy pęknięcia termiczne szczególnie w obszarach narażonych na wyższe naprężenia.

W celu znalezienia optymalnego rozwiązania problemu jakim jest wytwarzanie narzędzi ze stali H13 metodami przyrostowymi w procesie selektywnego laserowego spiekania proszków metalowych (SLM), zespół Farsoon połączył siły z amerykańskim partnerem przemysłowym Next Chapter Manufacturing.

Rysunek 1 Projekt separatora elementów w formie wtryskowej z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi

Jednym z efektów podjętej współpracy jest separator używany do chłodzenia i oddzielania plastikowych elementów w procesie formowania wtryskowego, który jest stosowany w wewnętrznej strukturze formy. Do struktury separatora dodano długi na około 16 cm (1/16 cala, zgodny z NPT) wewnętrzy, wodny kanał chłodzący. Dzięki systemom do wytwarzania addytywnego z metali Farsoon (FS271M), Next Chapter Manufacturing było w stanie zrealizować projekt i dostarczyć 4 separatory w zaledwie 8 dni. Separatory do form wtryskowych mogą być wdrożone bezpośrednio do linii produkcyjnej a dzięki projektowi z układem chłodzącym pozwalą one przyspieszyć proces chłodzenia i wyeliminować odkształcenia w gotowych elementach. Innowacyjne chłodzenie separatorów spowodowały redukcje cyklu chłodzenia wytwarzanych elementów z 48 sekund do 30 sekund (przy zachowaniu tych samych parametrów wytwarzania) co przekłada się na zysk dla przedsiębiorstwa około 100 000$ rocznie.

„Zdecydowaliśmy się na współpracę z firmą Farsoon Technologies, ponieważ dostarczają otwarte systemy, co oznacza, że możemy na ich urządzeniach opracowywać konkretne procesy modyfikując wybrane, potrzebne parametry. Umożliwi nam efektywne drukowanie ze stali H13 i innych stali narzędziowych” – mówił Jason Murphy, prezes Next Chapter Manufacturing. „Otwartość systemów umożliwia nam również testowanie kontrolnych wydruków i ich dalszą optymalizacje poprzez zmianę parametrów procesu w celu dalszej poprawy wytrzymałości i szybkości. Technologia maszyn Farsoon oferuje projektantom znacznie większą swobodę w dostarczaniu najbardziej efektywnych rozwiązań w produkcji drukiem 3D, czego nie oferują maszyny innych producentów.”

Rysunek 2 Po lewej: Drukarka 3D do metalu Farsoon FS271M, Po prawej: wynik badania metalograficznego wytworzonego elementu ze stali H13 (zdjęcia Next Chapter Manufacturing)

Zespół wdrożeniowy Farsoon przeprowadził wiele testów procesu przetwarzania w celu opracowania najlepszych parametrów procesu takich jak moc lasera, strategia prowadzenia wiązki lasera (skanowania wiązki), odpuszczania naprężeń wewnętrznych a także obróbki cieplnej dla wytwarzania ze stali narzędziowej H13. Optymalizowane zestaw parametrów pozwala wyeliminować pęknięcia termiczne i uzyskać jednolitą strukturę (rysunek 2) podczas procesu stapiania proszku i zapewnić bardzo wysoką gęstość względną wynoszącą ponad 99%. Części ze stali H13 wykonane technikami przyrostowymi wykazały również doskonałe właściwości mechaniczne, które są w pełni porównywalne z elementami wykonanymi z tego samego materiału w procesie obróbki plastycznej. Elementy wykonane w procesie stapiania proszków metalowych (druk 3D) osiągają twardość około 50 w skali Rockwella.

Wyjątkowa wydajność elementów wykonanych technikami przyrostowymi w połączeniu z strategia otwartych parametrów urządzeń firmy Farsoon oferuje użytkownikowi najwyższą swobodę w dalszym rozwijaniu procesu wytwarzania, który będzie najlepiej dostosowany do jego potrzeb.

Tabela 1 Porównanie właściwości mechanicznych części ze stali narzędziowej H13 wykonanych w procesie kucia oraz stapiania laserowego proszków od Farsoon

Zgodnie z filozofią Farsoon Technologies ‘Open for industry – otwartość dla przemysłu’, firma jest wysoce zaangażowana w dostarczanie swoim klientom kompleksowych rozwiązań w zakresie przemysłowego druku 3D, szczególnie w obszarze opracowywania nowoczesnych materiałów i innowacyjnych zastosowań. Dotychczas firma Farsoon z powodzeniem opracowała i wprowadziła 16 zestawów parametrów stapiania proszków metali oraz intensywnie działała nad rozwojem specjalistycznych materiałów dla druku 3D takich jak wolfram, tantal, czysta miedź, stal maraging 18Ni300 czy też różnych stopów na bazie niklu. Z powodzeniem dostarczyła swoim klientom wiele lekkich i funkcjonalnych materiałów do przetwarzania w procesie druku 3D do zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, medycznym, dentystycznym, form wtryskowych i wielu innych branży.