Аддитивное производство металлов (АМ) стало важнейшей частью промышленных технологических процессов. В связи с сокращением времени изготовления пресс-форм и возможностью включения конформных каналов охлаждения многие в литейной промышленности приняли использование АМ.

 

Однако иногда для применения инструментов требуются формы, которые отклоняются от стандартных геометрических форм. Эти формы также могут требовать высокой шероховатости поверхности. В этом случае необходимо еще одно действие.

Из-за сложной формы многие часто полагаются на ручную полировку. Хотя ручная полировка позволяет уделять больше внимания деталям, она не обладает повторяемостью, точностью и требует высокого уровня подготовки. Некоторые исследователи предложили альтернативные варианты обработки поверхности, такие как контролируемая механическая полировка или лазерная полировка. К сожалению, эти альтернативы либо имеют ошибки, либо не получают широкого признания.

 

Исследователи из Технического университета Дании предложили новый подход к получению многослойных аддитивно изготовленных литейных вставок. Этот подход использует комбинацию трех различных процессов-электроформования (эф), термического распыления и селективного лазерного плавления (СЛМ). При экспериментировании этого нового процесса исследователи учитывали толщину слоя никеля с температурной чувствительностью, уплотнение образца и толщину термически напыленного слоя никеля.

 

Трехпроцессный подход

Давайте рассмотрим, как эти три аддитивных процесса используются вместе в этом новом подходе. Сочетание непрямой оснастки с EF-которая использует алмазную обработку-производит пресс-формы с оптическим качеством поверхности и высокой точностью, устраняя поверхностные дефекты, такие как царапины, пузырьки или сколы. Этот комбинированный процесс также сокращает длительные операции полировки или химические отложения, сокращая время и стоимость изготовления пресс-форм. Наконец, EF может производить охлаждающие каналы, которые помогают контролировать и поддерживать постоянную температуру пресс-формы.

 

Затем добавляется процесс SLM к этому подходу. SLM использует лазерный луч со значительной тепловой мощностью, который плавит последовательные слои порошка. Без этого трехпроцессного подхода SLM вызывает повышение температуры в слое никеля, что снижает твердость и качество поверхности слоя. Однако термическое напыление буферного слоя никеля—в ходе которого металлические частицы полностью или частично расплавляются и прилипают к покрытой поверхности, может предотвратить чрезмерное нагревание слоя никеля.

 

Создание пресс-формы

Исследователи использовали этот трехфазный подход для создания тестовой формы вставки. Они выбрали прототип пресс-формы с плоской поверхностью и без каналов охлаждения, чтобы упростить результаты. Плоская поверхность и простая форма позволили им использовать автоматическую полировку вместо алмазной обработки для достижения оптического качества поверхности.

 

В этом эксперименте они выбрали бескислородную медь в качестве подложки для EF никеля. Они завершили процесс эф в сульфаматной ванне, поддерживаемой при постоянной температуре 36oC. Через 30 часов они нанесли толстое никелевое покрытие на медную подложку из-за ее прочности сцепления, обеспечивая непрерывность. Затем они использовали SLM для создания формы поверх слоя никеля. Они удалили медную подложку с помощью травления. Наконец, они установили вставку в стандартную основу пресс-формы для испытаний на литье под давлением.

 

Результаты формования

Одновременное применение тепла и давления в течение 1000 циклов впрыска вызывало повторную термическую усталостную нагрузку на вставку пресс-формы, повышая температуру никеля и вызывая рекристаллизацию.

 

На протяжении всего процесса формования исследователи тщательно исследовали электроформованный слой никеля на наличие признаков роста зерен. Они также измерили твердость слоя никеля EF после удаления медного мастера и завершения всех 1000 циклов литья под давлением.

 

Несмотря на значительную термическую усталостную нагрузку, существенных изменений уровней твердости или шероховатости поверхности пластины не произошло, что доказывает, что многослойная и многометаллическая форма может выдерживать эти условия постоянно. Этот эксперимент показывает, что сочетание процессов электроформования, термического напыления и селективного лазерного плавления позволяет получать литейные вставки с оптическим качеством поверхности.