做和直接金属激光烧结工艺生产注塑模

直接金属激光烧结工艺生产注塑模

直接金属激光烧结工艺（DMLS）已经存在了十多年，在这期间，全世界已有150多台设备在使用（该设备的数量应该是截止到2007年底的统计数字——译注）。直接金属激光烧结是一种用于批量生产注塑件模具和制造金属产品的工艺，也可用于诸如挤出或吹塑成型与其它塑料加工工艺的技术。

采用粉末合金钢

采用直接金属激光烧结工艺也可以制造例如设有最佳热流道这样复杂几何形状的模具，不同的金属粉末构成原材料。在模具制造中，认同采用EOS马氏体时效钢MS 1材料。这种材料是一种细颗粒合金粉末状的马氏而很多中小企业则面临着产品定位低端、价格竞争剧烈、应收账款高企、产能利用率不足等1系列困局体时效钢。它的化学成分符合欧洲材料分类编号1.2709的成分，相当于德国的X3NiCoMoTi 。

这种类型的钢具有特别好的机械性能以及简易的后处理性能，这种材料通过淬火，其强度可以达到1950 MPa，硬度达50～54HRC。模芯最大尺寸为250mm×250mm×180mm。

这种分层堆积制造工艺的一个用户是位于Kornwestheim的LBC公司。这个服务供应商在2002年由工程师Ralph Mayer和Marc Dimter先生建立。公司的定单来自模具制造、医疗技术、工具、铝铸造和压力铸造以及注塑等企业。目前，LBC公司的激光技术主要应用于下面三个领域：

生产注塑件和金属压铸件的模具。

快速模具制造，在快速模具制造时，在开发阶段就可以由今后所用的原材料制成的零件来进行注塑。

为快速和柔性制造样件提供服务。

Ralph Mayer先生说：“特别是对于大批量生产用的模具，直接金属激光烧结工艺有着显著的优势，这就是可以在贴近轮廓表面以几乎是任意的几何形状和布置来设置冷流道，通过最佳的温度调控使注塑件的塑料充填得非常均匀。在生产周期上我们可缩短60%以上。”

图1 激光烧结设备：直接金属激光烧结设备Eosint M 270工作区一瞥。

在这里，直接根据CAD数据逐层地生成金属产品的模芯。

常规工艺和直接金属激光烧结工艺采用混合坯料

在直接金属激光烧结工艺应用于混合应用时，LBC公司认识到其具有很大的应用潜力，即产品有某一部分是采用常规工艺制造，而另一部分则是采用激光工艺制造。

把支座最佳地划分成混合坯件，在客户提供的三维数据的基础上，通过CAD完成直接金属激光烧结的柱体。在柱座范围内，基体件的座体可以十分简单地用常规工艺制造，由于这个原因，同客户商定了寻求采用优化成本的解决办法。在这里，也就是采用了称之为“混合”的解决办法，此时由客户提供用常规工艺制造的坯件。

避免在模具内部产生应力

常规工艺和直接金属激光烧结工艺进行混合制造时，构件的交接平面应尽可能选择离顶部距离较远处。在这里，特别重要的是，两个构件最好是用同一种材料制造，这样就可以避免在热膨胀系数方面的差别，并由此避免在模具内部产生应力。如果是采用了不合适的材料，对于较大尺寸的构件，由于材料编号为1.2709的材料有非常均匀的组织，可能会产生应力裂纹。

图2 冷却柱：通过直接金属激光烧结仅在30小时内生成有着200个冷却柱和内部冷流道的这种零件。

在注塑过程中，冷却柱用来更好进行冷却和缩短生产循环时间。

节省了50%的生产费用

采用直接金属激光烧结工艺从坯件到制成构件，由于激光烧结成的是一种均质的组织，基本上只是在未经过加工的构件表面可以看到过渡区。客户得到的效果是：对于一个设有最佳贴近轮廓的冷流道的模具，其制造费用可节省50%。一个来自美国密执安州的企业Linear Mold & Engineering也是采用了直接金属激光烧结工艺，通过采用这种激光工艺，这个模具制造厂还可更有效的生产大型注塑模。以前，铝质模芯是利用CNC铣削进行1.实验装置含加热炉、试品架、气流罩、热电偶、稳压器、调压器、控制仪器、温度记录仪加工和手动修磨，或者制成环氧树脂模具。通过采用激光烧结技术，可以缩短制造时间和降低加工费用，并较少需要采用CNC加工和电火花加工。

从那时起，Linear公司充分利用直接金属激光烧结工艺来制造模芯、滑块、活动型芯、导轨和其他零件。这样，公司可以由CAD数据直接采用分层堆积工艺来制造模具的零件、模芯、铸造浇口和其它的构件，而不必动用常规的CNC加工工艺。遇到大型模具的制造时，在零件部分，可以采用直接金属激光烧结工艺制造模芯，而只是铣削模具的模腔。这样，总体来说，也可以减少CNC加工时间。此外，直接金属激光烧结工艺的应用在很大程度上替代了电火花加工。然而，还是有可能采用传统的电火花方法来加工较小的零件。取消了诸如钻孔和刮研等附加加工工序；在CAD数据中也包含有螺纹的数据。

图3 模芯：生产注塑模的模芯，也为水泵壳体提供模芯。模芯采用EOS马氏体时效钢MS1材料制成，

并设有冷流道。这种材料的硬度可达54HRC。

开发和设计有了新的选项

Linear公司特别希望在设计方面有更好的灵活性：即可以单件制造铸造浇口——模芯。同时，制造厂家即使是对于较小、较难冷却的活动型芯，在其上面也可以集成一个内部冷却管道或者是可以安装必要的滑块。

直接金属激光烧结工资料的力学性能在表盘上得到反应艺提供了一个理想的新产品开发或现有产品改进和应用的平台，基于产品是通过分层堆积的方式来制造，这就有可能改变产品的几何形状和材料的内部结构。这所有的一切，在设计和优化构件性能时又创造了新的可能性。此外，还可以通过直接金属激光烧结技术来构建仿生结构，或者构建优化承载能力的填料式结构等。

采用激光技术，这在设计模具或产品中开创了一个新的途经，激光技术可提供的较短的生产时间和更好的柔性，使新产品开发时间变得越来越短、变型品种愈来愈多的情况下，成为进行经济生以上是分享的电子拉力实验机的分类与安全装置产的另一个关键因素。