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3D打印

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日本OPM金屬粉末雷射加工技術

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。

鐳射造型複合加工技術在注塑模具的最新應用所謂,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。

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。

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。

作者 |7 月 7th, 2015|技術文章|在〈日本OPM金屬粉末雷射加工技術〉中留言功能已關閉

德國EOS金屬粉末鐳射成型技術

科技進步帶動各式產品蓬勃發展,產品的開發週期相對縮短,為在有限的時間内提高量產值並同時兼顧產品的質量,藉由改善模具的散熱效率以減少成型周期中的冷却階段即成為射出成型製程中的重要手段。異型水路即是改善模具散熱效率以降低冷却周期的革命性設計。利用直接金屬粉末激光燒結技術(DMLS)可以製作冷卻效率最佳化之異型水路設計,其不受傳統加工上的限制,所以更能貼近產品輪廓,且針對一般產品的死角或是不易排熱之區域,異型水路均能提供良好的散熱效率。尤其針對極其複雜的外型且須即時且低廉的方式製作模具或特殊原件時,德國EOS公司的EOSINT M系列設備所使用之直接金屬激光燒結技術(DMLS)將可發揮其獨特之優勢,彌補CNC工具機及放電加工機(EDM)不足之處。

德國EOS金屬粉末鐳射成型技術
模具開發自1995年以來已成為德國EOS公司EOSINT M系列設備的主要產品,因其具有快速製作之優點,故有所謂「快速開模(Rapid Tooling)」之專業名詞出現。早年僅有較軟的金屬粉末使用以供塑膠射出業者開設模具之用,但經過多年持續研發,近年來除提供更優質的塑膠射出模具可製作數百萬個塑膠產品之外,新開發的粉末更可製作高強度之模具以供鑄造金屬產品數萬次之用。如今更因層層堆疊式的激光燒結技術可生產兼具外型及結構複雜性之獨特模具產品,使得開模不僅只有’快速’之外,模具內結合異型水路設計之「進階開模(Advanced Tooling)」技術將使射出成型產品價格更低廉、產品品質更提升。以下介紹德國EOS公司EOSINT M系列設備製作射出成型所需模具之案例及其所達到的效果。

射出成型所需模具製作之案例
模具製作通常都是耗時且耗經費,其需要昂貴的設備及專業技術人員進行多種步驟始得以完成。傳統上,既使只是相當簡單的兩件式射出模具,仍需要CNC銑床及放電加工(EDM)兩種工法,其中CNC銑床會產生金屬廢料且需不同步驟來進行粗、細加工,而對於深層或轉角處則需以放電加工方式進行處理。而具有較複雜幾何結構之模具,其內部則設有滑塊、插銷或相關零組件,此即造成模具製作更是耗時且更耗經費。因此能夠省時且省經費之模具製作方式即成為德國EOS公司開發直接金屬激光燒結技術(DMLS)之主要動機。圖一所示為製作LED燈所開設的簡單模具,其需有一系列步驟來製作兩個塑膠原件,雖然此模具很簡單但傳統方式仍需要放電加工處理。利用EOSINT M 270系統製作此內、外模具只需5小時40分鐘,而且不需後加工處理,最後只要做簡單的噴砂及擦拭即可完成,將此內、外模具直接裝置於射出成型機後即可開始生產,自設計到生產只花了六天時間。

具有異型水路之進階模具製作案例
另一個使用直接金屬激光燒結技術製作模具的動機即為改善模具效能以使生產過程獲致最大的成效,除之前所提及之時間及經費之節省之外,目前為人所重視的即是在模具中加設冷卻水路或溫控管路,其除可以使模具局部溫度降低或達到均溫之外,並可對模具進行更快速之冷卻或加溫處理,如此將可減少脫模速率及模次週期,且不會因時間縮短而有殘餘應力及翹曲等問題發生。而傳統製作水路均是以鑽孔方式完成,其直線圓管狀造型另須避開結構或組裝原件,故此水路設計極其受限。而藉由直接金屬激光燒結技術製作模具,冷卻水路或其他管道設計可具有位置及造型的無窮想像空間,異型水路即為此依模具外型所設計之水路。

結論
近年來,快速開模技術已漸延伸到具有異型水路結構或複雜幾何外型之進階模具製作,而直接金屬激光燒結技術(DMLS)將扮演關鍵性的角色,其所建立之獨特製作方法將可彌補CNC工具機及放電加工機(EDM)之缺失,尤其針對極其複雜的外型且需即時且低廉的方式製作模具或特殊原件時,德國EOS公司的EOSINT M系列設備所使用之直接金屬激光燒結技術(DMLS)具有絕對之優勢以進行複雜模具直接成型製作。

作者 |7 月 7th, 2015|技術文章|在〈德國EOS金屬粉末鐳射成型技術〉中留言功能已關閉