直接金属激光烧结共形冷却的成功

工具设计中的保形冷却是一个基本合理的概念。问题出在机械上。在现有的加工工艺中，由于性能边界所造成的设计障碍往往使其优点无法实现。DMLS技术的出现和可实现性为工具制造商，如菲利普斯塑料公司，提供了设计自由度，使保形冷却成为有利可图的现实。

保形冷却是注塑模具温度系统的圣杯。bet188娱乐城这是最大化工具性能的最有效方法。但是，从历史上看，采用直线方法或耗时/成本高的二次操作一直存在问题。DMLS使保形冷却的当前状态得到了技术升级，可以创建具有精确放置和无缝通道的工具和刀片(参见图1)．

这个特色项目来自菲利普斯塑料公司。DMLS共形冷却工具刀片的设计包含了用于快速均匀冷却工件内单个空腔的通道，这是传统模具技术无法实现的。bet188娱乐城期望缩短周期时间和更高质量的零件。

定义摘要
直接金属激光烧结(DMLS)由EOS公司开发，是一种直接从3D CAD文件构建的金属添加剂技术。该技术采用CAD文件，将物体切割成20微米(.0007英寸)或40微米(.0015英寸)的薄层。然后，机器使用200瓦的光纤激光器使用这些层来构建部件。这样可以将每一层金属粉末局部融化到前一层上，从而消除了对粘合剂的需求。结果是一个完全致密的金属部分。

技术数据
M270机器(见图2)的构建围护尺寸为9.5 " x 9.5 " x 7.5 "。在更新的M280机器上，增加了9.5“x 9.5”x 12“的构建围护尺寸。可以通过对角线定位来构建某些较好的候选部件，这些部件比机器的基本尺寸长。另一种选择是分段建造，然后将零件焊接在一起。

在DMLS中，第一英寸的典型公差为0.005英寸，之后每英寸再增加0.002英寸，但通过一些微调(针对个别项目)，机器能够实现更严格的公差。

摘要材料
DMLS材料是由水或气体雾化成细粉末的变形金属制成的。它们与目前市场上的合金几乎相同。大多数DMLS材料符合或超过ASTM标准:DM20青铜合金;PH1不锈钢15-5(符合材料规范ASTM A564-04 (XM12)， ASTM A693-06 (XM12);GP1不锈钢17-4(符合AMS 5643的要求);MP1钴铬合金(符合UNS R31538成分);MS1马氏体时效钢(符合美国分类18% Ni马氏体时效300);AlSi10Mg铝;镍合金IN718(成分对应UNS N07718, AMS 5662, AMS 5664, W.Nr 2.4668和DIN NiCr19Fe19NbMo3);Ti64钛Ti64(满足ASTM F1472的要求)。

二次过程
DMLS固有的设计自由度通常会减少对二次进程的需求。例如，可以将文本合并到CAD文件中以构建雕刻部件。然而，当需要或需要时，在DMLS机器上构建的部件是二级流程友好的(参见图3)．选择包括加工，攻丝，焊接，涂层，电镀和/或纹理，电火花加工和雕刻。

润色需要一些构建前的计划。DMLS零件可以被抛光到镜面光面，但零件的尺寸必须在CAD文件(。008”到0.030”，取决于所需的光面)，以考虑抛光过程中去除的材料。

渠道
有效的温度控制系统可以节省注塑过程中的时间和成本。bet188娱乐城传统的冷却依赖于诸如模具材料的导电性和直线钻孔通道之类的东西。bet188娱乐城它的重点是模具冷却。bet188娱乐城由具有更高导电性能的合金制成的昂贵镶件有助于这一过程。保形冷却采用集中在产品周围的战略通道。它的重点是冷却注入的熔体。

当塑料熔体均匀冷却时，内应力最小化。这将产生高质量的零件，几乎没有翘曲或凹陷痕迹。另一个额外的好处是大大降低了报废率。从传统工具升级到具有保形冷却通道的工具，生产率可提高30%至60% (见图4)．适当维护模具温度也有助于提高刀具寿命和与bet188娱乐城更换刀具相关的高成本。

数控加工保形冷却是直线钻削的不利条件。交叉通道，复杂的冷却剂路径和零速度区域难以管理，并且该过程无法实现与熔体的受控或均匀距离。辅助数控加工的二次卡槽电火花加工在时间和金钱上都是昂贵的。

DMLS将保形冷却通道构建到工具中，作为工具的一部分。腔体周围的通道几何形状可以是流体的，并可控制以实现最佳冷却。

甚至可以采用分离冷却和加热通道的组合系统，或者可以使用DMLS将主系统(用于控制全局温度)和特定系统(用于处理接近腔体的临界温度)分开。这为未来的应用提供了可能。DMLS的周转时间可短至5至7天。

的指导方针
模具的推荐材料是MS1马氏体时效钢。它是最坚硬、最耐用的材料，95%的DMLS模具都使用它。它可以后期硬化到54罗克韦尔和承受温度高达750°F之前屈服。

在使用DMLS创建的工具插入需要抛光的情况下，最好由专业的模具抛光师来完成，以确保严格的公差。bet188娱乐城
DMLS可以构建直径小于1mm的通道;但是，这种细管道只能用经过特殊处理的流体投入使用，以避免堵塞。模拟软件可帮助在此类关键情况下找到正确的布局(参见图5)．

根据经验，最佳直径应选择在4-12毫米之间(取决于产品的设计)。这些值是理想情况下使用的首选值，因为在实践中，有时工具插入太薄，无法完全遵循这一规则(例如，一对紧密放置的顶针，薄壁等)。在复杂的几何条件下，可能需要设计更小的直径，例如在消除热点时。

除了圆形冷却通道外，设计师还可以使用更复杂的形状，以达到更好的冷却性能。可行性准则假定有一个自支撑的截面。这意味着悬挑区域与水平的夹角应在40°以上。在最后一张图上图6由于肋状形状和通道中更高的预期湍流(更高的雷诺数)，冷却性能可以提高。这是菲利普斯为特色项目选择的频道。在构建过程中，一些悬垂角度需要支撑。无法在通道中移除支架。你的DMLS操作员应该能够在建造之前帮助识别可疑角度。

案例研究:菲利普斯塑料
菲利普斯塑料公司向我们提供了一种镶件的设计，该镶件是四腔模具的一部分，以取代目前正在运行的一腔传统模具(bet188娱乐城参见图7和图8)．

阅读:2018年技术评论和采购指南:增材制造

GPI原型使用H13工具钢板，并建立了DMLS刀具刀片与共形冷却通道合并到板上(参见图9和图10)．我们将完成构建的板发送给飞利浦塑料公司，让他们张贴机器和电线切断插入。

菲利普斯塑料公司证实，使用DMLS的保形冷却允许更短的周期时间。它还生产了更高质量的零件(平整度和尺寸正确;图11)．

吨位:80吨Netstal
材料用量:每发。0774磅
原料类型:Celanex 2401MT

单腔常规加工周期:16.78秒
四腔DMLS共形冷却的循环时间:13.02秒
腔间循环时间改善:22.4%

平面规格与传统模具:0.25 mm: 0.15 min。223 max
平面规格与DMLS共形冷却:.2毫米:.080分钟。161最大
可量化零件特征改进:20%

菲利普斯塑料公司的韦恩·尼尔森说:“GPI的人非常乐于助人，很容易合作。”

总结
保形冷却在许多应用中被认为是一个失败的原因，由于执行中面临的问题。DMLS重新为工具设计师和模具制造商打开了一扇门，可以有效地设计高性能、高效的保形冷却工具bet188娱乐城。DMLS技术一直被证明可以创造出能够全面提高生产力的工具。缺点是构建围护结构施加的尺寸限制和设计师/操作人员沟通的差距。Phillips Plastics在本案例研究中看到的结果和回报证明了使用DMLS进行保形冷却的实用性。

参考文献
Mayer,齐格弗里德。利用DMLS优化模温控制程序。科技》2008。
Shellabear, Mike和Weihammer, Joseph: EOSINT工具应用M.在:EOS白皮书，Krailling - 2007年9月。
尼尔森，韦恩:菲利普斯塑料公司模bet188娱乐城具制造经理。