日本OPM金屬粉末雷射加工技術

OPM1

金屬粉末鐳射造型複合加工技術把金屬粉末選擇性鐳射熔化(Selective Laser Melting, SLM)的疊層造型工藝和傳統的高速切削加工工藝融為一體,是疊層造型和去除加工的相反方向加工手法的複合化,綜合集成了材料技術、電腦軟體技術、鐳射技術和數控加工技術。 與以往單純的金屬粉末選擇性鐳射熔化疊層造型技術相比,其特點在於可以一次性並且一體化地加工完成具有內部異型水路和排氣功能,但表面形狀複雜、難於實施後續加工的精密模具零件。加工尺寸精度可達到±0.005mm,熱處理後的材質硬度可達到Hrc50。利用由此加工而成的模具零件,可極為有效地縮短模具冷卻時間,排除模內困氣,達到提高注塑成型效率、改善塑件品質的目的。

OPM2

鐳射造型複合加工技術在注塑模具的最新應用所謂[複合加工技術],是指把選擇性鐳射熔化疊層造型工藝和高速切削加工工藝融為一體,是一種新型的加工技術。 新技術的加工裝置內部。) 其加工順序是:①用鐳射熔化鋪展在金屬底板上的金屬粉末;②重複鋪展金屬粉末和進行鐳射溶化,逐層疊加造型使疊層厚度達到切削刀具的有效刃長;③對疊層側面用小直徑切削刀具施以切削加工;④反復進行鐳射熔化、疊層造型和高速切削加工;⑤最終做出具有精密加工表面的立體形狀造型。 所以,此項新技術是疊層造型和去除加工的相反方向加工手法的複合化,綜合集成了材料技術、電腦軟體技術、鐳射技術和數控加工技術。與以往單純的金屬粉末選擇性鐳射熔化疊層造型技術相比,其加工尺寸精度可達±0.005mm以下,熱處理後的材質硬度可達到Hrc50以上。

此複合加工技術既具有高度的柔性,又具有足夠的加工精度,其特點在於可以一次性並且一體化地加工完成具有內部異型水路和排氣功能,但表面形狀複雜、難於實施後續加工的精密模具零件。所以,可以依據CAE軟體的分析結果,在模具零件內部合理地構築冷卻水路和排氣通道,極為有效地縮短模具冷卻時間,排除模內困氣,達到提高注塑成型效率、改善塑件品質的目的。

OPM3

具冷卻水路澆口套之案例 【事例】螺旋水路澆口套 冷卻時間減少60%從注塑模具的結構來看,主流道的四周,也就是澆口套部分往往是蓄熱現象最嚴重的。這是因為澆口套與高溫的注塑機噴嘴直接接觸﹐是模具中最初被注入高溫熔融樹脂的部位。尤其是遇到薄壁、小型產品的模具,由於難以對澆口套採取冷卻措施,主流道部分常常比產品部分更為耗費冷卻時間。 利用金屬粉末鐳射造型複合加工技術,可以在澆口套內部設置冷卻水路。如果再配置專用溫調機,並根據注塑機成型週期調節水流進出,將能對主流道部分實施快速有效的冷卻。事例顯示,對於某些特定產品,使用具冷卻水路的澆口套,有可能給模具帶來出奇制勝的冷卻改善效果。根據大量案例的經驗,產品厚度1.6mm是一個分歧點,越小於這個厚度的產品,澆口套的冷卻改善效果就越顯著。

OPM4

具透氣功能模具零件之案例 【事例】多孔質表面層 模內排氣和氣輔通路金屬粉末鐳射造型複合加工技術所具有的加工柔性,使其不但可以在模具內部構築起任意形狀的異型水路,還可以通過鐳射控制金屬粉末的熔化程度,以求達到控制造型零件緻密度的效果。利用這一技術,就可以在模具的任選位置上構造出具有稀鬆緻密度的多孔質層,用於排除模內困氣。甚至可以用作為氣輔成型時的腔內進氣部位。顯示一種具多孔質表面層的透氣杆被裝入模腔內,用於模內排氣和氣輔進氣。表示了利用這個模具進行模內排氣和氣輔實驗時的系統構成及其實驗結果。 <氣輔防止縮痕的工作原理> 首先利用金屬粉末鐳射造型複合加工技術,在模仁的筋板底部構築多孔質層,並且在模具中鑲入帶有多孔質頂層的透氣杆。注塑成型時通過注入高壓氣體,從模仁面的透氣杆頂端面以及筋板底部的多孔質層部分向塑膠成型表面施加氣體壓力,使注塑產品被壓向型腔面,從而消除產品外觀表面的縮痕。實驗結果顯示,通過氣輔的作用,產品外觀表面的縮痕不再出現了。

 

結論與以往單純的金屬粉末選擇性鐳射熔化疊層造型技術相比,本複合加工技術既保留了柔性加工的優點,又發揮了高速切削加工精度好的特長。其特點在於可以一次性並且一體化地加工完成具有內部異型水路和排氣功能,但表面形狀複雜、難於實施後續加工的精密模具零件。其加工尺寸精度可達±0.005mm以下,熱處理後的材質硬度可達Hrc50以上,足以符合精密注塑模具的量產水準要求,大大地拓展了RP技術在注塑模具製造行業中的應用可能性,為塑膠成型行業的廣大客戶提供了一種極為寶貴的新型模具加工技術。