SLM金屬3D打印技術(shù)為模具行業(yè)帶來新的解決方案

來源：SLM Solutions

選區(qū)激光熔化是一種增材制造技術(shù)，可用于生產(chǎn)帶有隨形冷卻流道的模具鑲件。ABB OY公司的動力傳動與控制部門借助增材制造技術(shù)，通過對模具鑲件進行再設(shè)計，極大地縮短了生產(chǎn)一個電纜套管所需的周期，同時也降低了生產(chǎn)中的報廢率。

ABB OY每年生產(chǎn)數(shù)百萬個電纜套管。此案例中的電纜套管由熱塑性彈性(TPE)制成。此前，用于注射成形生產(chǎn)的模具在原始設(shè)計中沒有裝配任何冷卻鑲件，單個產(chǎn)品的生產(chǎn)周期約為60秒，其中冷卻時間大約占了30秒。

由TPE制成的電纜套管產(chǎn)品

選區(qū)激光熔化技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新
為了達到最佳的優(yōu)化效果，該模具鑲件共設(shè)計了六種不同的隨形冷卻方案。其中一組使用了傳統(tǒng)設(shè)計以用作參照，其余方案則根據(jù)SLM®技術(shù)的優(yōu)勢與要求，綜合考慮了諸如無支撐角度、最小壁厚、流道尺寸及流道形狀等因素進行設(shè)計，并對不同的方案進行了相應(yīng)的優(yōu)化。在進行實際冷卻實驗之前，測試人員根據(jù)水流量及熱傳導(dǎo)系數(shù)對各模具鑲件進行了模擬，其結(jié)果顯示不同的零件設(shè)計會呈現(xiàn)出不同的冷卻性能。

芬蘭公司VTT使用不銹鋼316L在SLM®125設(shè)備上打印出這六款模具鑲件，并根據(jù)產(chǎn)品需求，對其進行了熱處理，使鑲件達到54HRC的目標硬度后，對其外部進行了相應(yīng)的機加工處理。至此，冷卻性能試驗的前期準備工作已全部完成。

性能測試
為了測試冷卻效果，鑲件需要被加熱到70℃進行回火冷卻至20℃，而這一過程類似于注塑成形工藝中TPE的冷卻過程。通過使用紅外測溫采集各個鑲件冷卻時的數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)一對比。

其中，噴泉型，薄U型和粗螺旋型設(shè)計有著最佳的冷卻性能，能夠在10秒內(nèi)完成冷卻過程。由于鑲件尖端區(qū)域的冷卻速度較慢，通過減小流道的橫截面積可以加快湍流流速，實現(xiàn)冷卻效率的提升。而使流道盡可能地靠近鑲件表面則可以使冷卻效率最大化。而綜合考慮到成形難度，噴泉型和薄U型鑲件的成形效果最好。

帶有隨形冷卻的鑲件可以用于注塑成形模具中，目前看來這些鑲件的使用并不會造成成形件中產(chǎn)生空腔。TPE的生產(chǎn)周期縮短到14.7秒，其中冷卻時間縮短至6秒。

隨形冷卻有助于大批量注塑件的生產(chǎn)

SLM®技術(shù)的使用帶來生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本大幅度的縮減。通過在注塑成形模具中使用隨形冷卻鑲件，可以將冷卻時間從約30秒縮短至大約6秒，將生產(chǎn)周期從60.5秒減少到14.7秒。

3D打印案例——帶有隨形冷卻的模具鑲件

• 在模具鑲件內(nèi)直接集成隨形冷卻流道
• 在使用隨形冷卻鑲件的情況下，TPE的冷卻時間減少了80%
• 總計生產(chǎn)周期縮短了75%以上
• 隨形冷卻使得注塑件得以均勻冷卻，減少了次品產(chǎn)生