Ocelová forma pro slinování tvarově komplikovaných nástrojů připravená 3D tiskem

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27230%2F25%3A10259051" target="_blank" >RIV/61989100:27230/25:10259051 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/61989100:27360/25:10259051

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Ocelová forma pro slinování tvarově komplikovaných nástrojů připravená 3D tiskem

Popis výsledku v původním jazyce

Vyvinutá forma z nástrojové oceli M300 připravená 3D tiskem metodou laser powder bed fusion umožňuje použití vysokých tlaků až 500 kN (za studena) a za teploty 400 °C až 200 kN během lisování, slinování diamantových segmentů brusných a řezných kotoučů, vrtacích korunek a brusných tělísek s matricí na bázi kovů (Cu-Sn, Fe-Cu, Cu-Sn-Co), nebo keramiky (Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂), případně s polymerním pojivem. Použití slinovací formy z tohoto materiálu a s tím související možnost aplikace teplot do 400 °C a vysokých tlaků až 500 kN umožňuje přípravu brusných a řezných segmentů s vyšší životností a pevným ukotvením diamantů v matrici. Použití 3D tisku metodou laser powder bed fusion navíc umožní minimalizaci obrábění pro zhotovení formy, razníků a přípravu komplikovanějších tvarů řezných, brusných segmentů, tělísek. Post-processing navržený a aplikovaný na formu a razníky spočívající v 4fázovém tepelném zpracování navíc umožňuje dosažení mikrostruktury s vysokým podílem martenzitu (až 99 %) s vhodným rozložením a velikostí sekundárních intermetalických fází. Takto připravený materiál vykazuje vysokou maximální pevnost, mez kluzu i dostatečnou tažnost za pokojové teploty a vykazuje vysokých mezí kluzu i za zvýšené teploty 400 °C. Dosažená mikrostruktura vykazuje vhodnou stabilitu za teploty 400 °C (předpokládaná maximální pracovní teplota), což značí vysokou životnost formy i razníků během přípravy segmentů slinováním. Podstatou výsledku je funkční forma pro slinování a použití technologie powder bed fusion za uvedených podmínek tisku s následným post-processingem zaručujícím dostatečné mechanické vlastnosti formy, razníků a teplotní stabilitu.

Název v anglickém jazyce

Steel mold for sintering complex shaped tools prepared by 3D printing

Popis výsledku anglicky

The developed mold made from M300 tool steel and manufactured by laser powder bed fusion enables the application of high pressures up to 500 kN at room temperature and up to 200 kN at 400 °C during the pressing and sintering of diamond segments for grinding and cutting wheels, drilling crowns, and abrasive pellets with metal-based matrices (Cu-Sn, Fe-Cu, Cu-Sn-Co), ceramic matrices (Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂), or polymer binders. The use of this sintering mold and the ability to apply temperatures up to 400 °C and high pressures up to 500 kN allow the production of grinding and cutting segments with increased service life and improved diamond retention within the matrix. Additive manufacturing using laser powder bed fusion minimizes the need for machining during the production of the mold and punches and enables the fabrication of geometrically complex shapes of cutting and grinding segments or abrasive pellets. The applied post-processing, consisting of a four-stage heat-treatment sequence, provides a microstructure with a very high martensite content (up to 99 %) and a suitable distribution and size of secondary intermetallic phases. The resulting material exhibits high ultimate tensile strength, high yield strength, and sufficient ductility at room temperature, as well as high yield strength at elevated temperatures up to 400 °C. The achieved microstructure remains stable under thermal exposure at 400 °C, which is the maximum expected operating temperature, indicating long service life of the mold and punches during segment production by sintering. The essence of the result is a functional mold for sintering, produced via powder bed fusion under specified printing conditions and subsequently heat-treated to ensure adequate mechanical properties and thermal stability of both the mold and the punches.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20500 - Materials engineering

Projekt

<a href="/cs/project/TN02000018" target="_blank" >TN02000018: Národní Centrum Kompetence STROJÍRENSTVÍ</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Interní identifikační kód produktu

TN02000018/14-V11

Číselná identifikace

076/15-12-2025_F

Technické parametry

Slinovací forma a razníky byly připraveny pomocí 3D tisku metodou laser powder bed fusion (LPBF) na tiskárně Renishaw AM500 z komerčně dostupného prášku slitiny určené pro tento způsob výroby. Tisk probíhal v ochranné atmosféře a výtisky byly umístěny přímo na ocelovou tiskovou platformu. Po dokončení tisku následovalo vícestupňové tepelné zpracování. V první fázi bylo provedeno žíhání za účelem odstranění vnitřního pnutí materiálu. Následně byly forma a razníky odděleny od tiskové platformy pomocí EDM řezání. Druhá fáze zahrnovala izostatické lisování za tepla (HIP), jehož cílem byla eliminace případné vnitřní porozity vzniklé během aditivního procesu. Třetí fáze tepelného zpracování byla zaměřena na úpravu mikrostruktury do stabilní austenitické oblasti. V závěrečné fázi proběhlo tepelné zpracování podporující precipitaci zpevňujících fází a zajištění dlouhodobé mikrostrukturní stability. Všechny tepelné operace probíhaly v ochranné atmosféře a vzorky byly následně rychle ochlazeny na vzduchu. Po tepelném zpracování byly pomocí EDM obrábění, frézování a broušení dokončeny otvory v matrici a funkční plochy razníků. Stejným způsobem byly připraveny testovací vzorky ve formě tyčí, na nichž byly provedeny tahové a tlakové zkoušky při pokojové teplotě a při teplotě 400 °C. Součástí ověření byla také zkouška mikrostrukturní stability spočívající v dlouhodobé expozici teplotě 400 °C po dobu 1000 hodin. V pravidelných intervalech byly měřeny hodnoty tvrdosti a mechanické vlastnosti. Naměřené hodnoty tvrdosti ukázaly, že materiál formy a razníků nevykazuje při dlouhodobém teplotním namáhání významný pokles tvrdosti. Tvrdost v počáteční fázi dočasně vzrostla na 620–630 HV a následně se stabilizovala na hodnotách kolem 600 HV. Mechanické zkoušky potvrdily, že i po dlouhodobém teplotním působení dochází pouze k mírnému poklesu mechanických vlastností, což dokládá vhodnost materiálu pro aplikaci při slinování diamantových brusných a řezných nástrojů. Mez kluzu při teplotě 400 °C zůstala po tepelné expozici 1000 hodin prakticky beze změny, což potvrzuje vysokou stabilitu použité slitiny. Mikrostrukturní analýza dále potvrdila odpovídající stabilitu struktury po provedeném tepelném zpracování i po dlouhodobém namáhání. Výsledek bude využíván zejména společností URDIAMANT s.r.o., se kterou bude uzavřena smlouva o využití výsledků dílčího projektu.

Ekonomické parametry

Uvedený funkční vzorek bude využíván k ověřování technologie výroby diamantových řezných a brusných segmentů s kovovou nebo keramickou matricí. Ověření funkčního vzorku umožní posoudit ekonomické přínosy plynoucí z možnosti aplikace vyšších tlaků při slinování, což může vést k výraznému prodloužení životnosti segmentů při řezání a broušení, ke snížení zmetkovitosti a k efektivnějšímu využití vstupních surovin i energií. Již v této etapě lze proto očekávat pozitivní dopad na výrobní náklady a stabilitu kvality produkce. Výstup zároveň vytváří nezbytný základ pro další etapu vývoje, tedy pro přípravu prototypu, který bude na základě výsledků ověření funkčního vzorku dále optimalizován a připraven k následnému zavedení do výrobního procesu. Předpokládaným ekonomickým přínosem je zvýšení konkurenceschopnosti, růst výrobních kapacit a následné zvýšení tržeb díky efektivnějšímu, spolehlivějšímu a kvalitnějšímu výrobnímu postupu.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—