哈特三維劉桐：金屬增材制造技術(shù)在汽車模具中的典型應(yīng)用

在2019年8月16日舉行的“第四屆SAMA國際論壇暨2019“一帶一路”3D打印與智能制造年會”上，安徽哈特三維科技有限公司技術(shù)總監(jiān)劉桐做了題為“金屬增材制造技術(shù)在汽車模具典型應(yīng)用”的報告。

南極熊了解到，安徽哈特三維位于安徽春谷3D打印智能裝備產(chǎn)業(yè)園，由哈爾濱工業(yè)大學、安徽省春谷3D打印研究院共同出資成立，主要從事高端金屬3D打印材料研發(fā)、3D打印技術(shù)服務(wù)、復雜內(nèi)流道高端模具3D打印制造、高品質(zhì)3D打印和修復復合智能裝備等，致力于建成國內(nèi)領(lǐng)先的3D打印專用先進金屬材料研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用基地、3D打印和修復智能裝備研發(fā)和生產(chǎn)基地。

目前公司擁有完善的金屬3D打印粉末制備生產(chǎn)線、金屬3D打印機以及材料分析檢測設(shè)備。

公司的核心業(yè)務(wù)涵蓋：3D打印專用新型金屬粉體材料（材料）；3D打印快速制造（應(yīng)用）；行業(yè)專用裝備研發(fā)（材料+設(shè)備）；3D打印材料研發(fā)/技術(shù)研發(fā)/技術(shù)服務(wù)。

據(jù)劉桐博士介紹，哈特三維在金屬3D打印模具、材料成型工藝、材料嫁接3D打印方面做了大量的實踐和經(jīng)驗積累。

通過3D打印技術(shù)制造的隨形冷卻模具具有眾多優(yōu)勢，包括：
● 有效縮短注塑或壓鑄過程中的冷卻時間，可提升30~70%產(chǎn)能時效與質(zhì)量良率。
● 有效減少翹曲變形、開裂飛邊、氣泡砂眼等產(chǎn)品缺陷，顯著提升最終產(chǎn)品的質(zhì)量與成品率；
● 模具使用壽命大大延長，產(chǎn)品單位成本降低

借助3D打印模具的優(yōu)勢，哈特三維完成了多個應(yīng)用案例，比如剎車油壺的模具，該模具采用MS1模具鋼打印、硬度52-54HRC，制造時間為15h。

該油壺模具采用嫁接3D打印的工藝，其中底部采用模具鋼S136通過傳統(tǒng)工藝制造，上半部分采用3D打印的EOS MS1模具鋼制成。使用該模具后，產(chǎn)品成形周期由41秒降低至29秒，降低29.3%，模具溫度從65℃下降到24℃

第二個案例是汽車主駕駛艙玻璃升降臺模具，同樣采樣了嫁接打印的工藝，基座材料使用S136，打印材料使用MS1。

以及采用同樣工藝制造的：后視鏡轉(zhuǎn)軸模具、后尾箱自動升降油桿模具、汽車空調(diào)通風管路系統(tǒng)模具。

△后視鏡轉(zhuǎn)軸模具

△后尾箱自動升降油桿模具

△汽車空調(diào)通風管路系統(tǒng)模具

在報告中，讓南極熊印象最為深刻的就是他介紹的“嫁接打印”，包括“同質(zhì)嫁接”和“異質(zhì)嫁接”兩種工藝，并對這兩種工藝的不同效果進行了研究。

為了開展嫁接打印的性能研究，他們設(shè)計了一批試驗包括將H11、H13、NAK80、S136、17-4、corrax與MS1機型連接打印，以及將鈹銅合金與MS1進行打印連接。

并將未經(jīng)過熱處理和經(jīng)過熱處理的試件分別進行了拉伸測試，試驗結(jié)果顯示，樣件斷裂均發(fā)生在嫁接打印的連接處，但性能參數(shù)上卻存在較大的差異，這些數(shù)據(jù)這對于指導模具嫁接打印的工藝優(yōu)化具有重要的參考意義。

劉桐表示：目前市面上可3D打印成形模具鋼牌號較少且種類單一，不能滿足日益增長的增材制造隨形冷卻模具的需求。針對3D打印成形特點，急需開發(fā)新型3D打印高精度、高效率、長壽命的塑料模具鋼。

于是，安徽哈特三維建立了一套自己的模具鋼粉末產(chǎn)品體系，以滿足市場上對高品質(zhì)模具鋼粉末材料的需求。其中包括在日本NAK80和S136材料成分基礎(chǔ)上，通過成分優(yōu)化改良了研制了兩種新型塑料模具鋼，更適合于3D打印成形。

2017年的時候，南極熊曾經(jīng)做過一個市場調(diào)研，對3D打印金屬模具行業(yè)進行了調(diào)研和預測，其中一個結(jié)論是在未來10年中，金屬3D打印模具對設(shè)備的需求量將達到1500臺。如今，金屬3D打印模具在市場上越來越得到認可，同時也帶動了模具鋼粉末材料的銷售，未來這一需求還將不斷爆發(fā)出來。