河北翰轩模具制造有限公司
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模具制造

模具制造中的增材制造技术介绍

增材制造技术又称3D打印,其基于“离散-累积”的方式逐层成 形 零 件,与 传 统 加 工 方 式 相 比,其 不 需要工装夹具,可 加 工 任 意 复 杂 形 状 的 零 件,零 件 的 设计不再受加工方 法 和 装 配 的 限 制。因此,增 材 制造技术为模具 加 工 提 供 了 一 种 新 的 方 法 和 途 径。金属材 料 的 增 材 制 造 成 形 技 术 较 多,按 工 艺 可 分 为SLM、电子束熔化制造(EBM)、激光近净成形(LENS)等。
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EBM、LENS和SLM技术均可直接成形模具钢。EBM基于 粉 床,其 能 量 源 为 电 子 束,成 形 过 程受 高 真 空 保 护,预 热 温 度 较 高,成形件残余应力小,因 此,该技术适用于成形稀有难熔及脆性金属材料。目前 常 见 的EBM成形 材 料 主 要 有TiAl合金、W、Mo及Ni合金 等,少 量 研 究 涉 及 模 具 钢。Cormier等利用EBM成形 了H13模具 钢,成 形件 的 硬 度 达 到48~50HRC。Rnnar等利用EBM成形出了一种含有随形冷却流道的模具镶块,如 图2所 示,该镶块具有与传统加工件相同的机械切 削 性 能。LENS基于 同 轴 送 粉,具有成形零件尺寸大、成形 效 率 高 等 特 点,已 有 学 者 对LENS成形 模 具 钢 进行 了 研 究。如Unocic等研究 了LENS成形H13模具 钢,建 立 了 激 光 功 率、粉末流量等工艺参数与沉积 效 率 间 的 关 系,为模具钢零件的快速成形提供了参 考。Manvatkar等通过 对H13的单 道 多 层 沉积 成 形,建立了其热传递的三维热力学模型,为 模 具钢 的LENS成形提供了理论依据。尽管上述两种增材制造技术均可用于高性能金属 模 具 的 直 接 成 形,但 与SLM相比,LENS成形 精度 较 差,成 形 零 件 复 杂 度 低;用 于EBM成形 的 金 属粉 末 粒 径 较 大(40~100μm),造成其成形件精度低,表面 粗 糙 度 大(15~50μm)。而SLM技术采用了能量密度高、光 斑 细 小 的 光 纤 激 光 器,成 形 精度 高、冷 却 速 度 快,在 对 表 面 粗 糙 度 和 尺 寸 精 度 要 求较高的模具制造领域具有显著优势。

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