工具制造中的增材制造

1。简介：工具制造作为增材制造的先驱

工具和模具制造是最早认识到工业规模金属 3D 打印经济效益的行业之一。这很少与减轻重量有关，而是与后续批量生产的周期时间、耐磨性和工艺稳定性有关。

本白皮书展示了 PBF（粉末床熔合）和 DED（激光沉积焊接）如何彻底改变注塑模具和冲压工具的设计和维护。

2。注塑模具：通过随形冷却的涡轮

在塑料注射成型生产中，瓶颈是冷却时间（热塑料在工具中硬化的时间）。它通常占总周期时间的 60% 以上。

• 缩短周期时间：通过增材制造的刀具嵌件（由马氏体时效钢 1.2709 制成）和随形冷却，周期时间可缩短 20% 至 40%。由于需要数百万件零件，3D 打印的昂贵使用通常在几周后就能收回成本。
• 提高质量：由于塑料部件冷却均匀，因此热应力降低。最终产品出现翘曲和缩痕的风险显着降低。

3。使用 DED 进行维修和保养

大型冲压、拉伸或锻造工具会经历极高的局部磨损（例如边缘或半径处）。如果大型铸造工具断裂，这通常意味着严重损坏和生产停顿。

• 激光沉积焊接 (DED)：无需重新铣削整个工具，而是使用 DED 精确铣削并重建有缺陷的区域。通常使用比基础材料（应用装甲/覆层）更耐磨的粉末。
• 相对于手工焊接的优势：激光输入更精确，热输入更低（变形更小），并且结构具有显着更高的冶金质量。

4。混合制造：两全其美

金属 3D 打印 (PBF) 的构建速度相对较慢。打印一个重达 200 公斤的完整大型注塑模具是完全不经济的。因此，智能工具制造采用混合方法。

• 混合结构：实心钢块（后来的工具底座）按照传统方式在数控机床上预制。然后将该块夹入 3D 打印机 (PBF) 作为构建平台。打印机仅附加地构建顶部 5 厘米（具有精细的保形冷却通道）。
• 结果： 90% 的材料是廉价钢材，10% 是高复杂度的打印材料。这是盈利能力的“最佳点”。

5。模具制造新材料

除了经典的 1.2709（马氏体时效钢）之外，新型合金也日益成熟：

• 热作钢 H13 (1.2344)： 因压铸而闻名，具有高耐热性。打印 (PBF) 具有挑战性，因为它容易形成裂纹（需要对构建平台进行高温加热的机器 >500°C）。
• 铜合金：由于铜的导热性能极好，因此使用铜合金制成的工具嵌件（现在可以用绿色激光出色地打印）来快速消散热点（热点）。为了保护软铜表面免受磨损，随后进行了涂层处理。

6。结论

对于现代工具制造来说，金属3D打印不再是未来场景，而是日常生活。从长远来看，如果其产品组合中没有随形冷却和 DED 维修（或从外部购买），合同制造商和内部工具车间将在周期时间显着缩短的竞争对手面前失败。