模具企業(yè)應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠降低成本！

降低成本、提高質(zhì)量、提高效率的實(shí)踐是模具企業(yè)不斷增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，基于選擇性激光熔化工藝的3D打印技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)提供了新的可能性。通過(guò)使用3D印刷的異形水路和航線，在整個(gè)注射成型周期中提高模具質(zhì)量和降低成本已被業(yè)界普遍接受。

然而，由于用戶最初對(duì)粉末性能和成本的擔(dān)憂以及缺乏模具制造行業(yè)的應(yīng)用知識(shí)，添加劑制造在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用速度仍然很慢。通常模具廠商風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)很強(qiáng)，在生產(chǎn)注塑模具時(shí)也需要保持成本最低的優(yōu)勢(shì)，所以模具廠商承受著相當(dāng)大的壓力。如果在模具中使用添加劑制成的模芯，其優(yōu)勢(shì)是明顯的，但同時(shí)也增加了一定的成本。那么，能否應(yīng)用3D打印技術(shù)，降低模具整體成本呢？當(dāng)然！嫁接印刷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

在“嫁接印花在金屬添加劑制造中的應(yīng)用”研討會(huì)上，GF加工方案分析了嫁接印花、嫁接印花基材和熱處理的應(yīng)用意義和面臨的挑戰(zhàn)，并通過(guò)監(jiān)控分享了嫁接印花的新方法和應(yīng)用案例。該方法對(duì)于實(shí)現(xiàn)嫁接3D打印件與原模具的精確對(duì)接，保證嫁接模具的質(zhì)量具有重要意義。

嫁接印刷是指在現(xiàn)有材料上完成零件添加劑的制造過(guò)程，而不是從頭開始。基板一般是通過(guò)銑削和還原材料制造的，而3D打印在上面的部分是通過(guò)添加材料制造的。因此，也有人把這種制造方法稱為混合制造。

在客戶應(yīng)用方面，對(duì)嫁接印花的需求從未停止過(guò)，并且呈上升趨勢(shì)。嫁接印花最初的發(fā)展是為了降低成本。比如在模具行業(yè)，3D打印保形水路只用于一些需要優(yōu)化水路的部位，而傳統(tǒng)的直水路則用于沒(méi)有積熱的部位。這種混合制造可以有效降低模具的制造成本。

隨著3D打印的應(yīng)用類型越來(lái)越多，一些模具制造用戶意識(shí)到，如果使用3D打印來(lái)制造大而密的結(jié)構(gòu)，不僅打印時(shí)間長(zhǎng)，而且內(nèi)應(yīng)力集中，因此零件中的大而密的結(jié)構(gòu)更適合進(jìn)行減料加工。所以對(duì)于這類零件，3D打印只在必要的部位使用，也就是嫁接打印非常流行。

/兩種不同的材料可以嫁接在一起嗎？

懂焊接技術(shù)的用戶可以理解，用于嫁接印刷的基材和嫁接材料應(yīng)該是同一種材料。但是實(shí)際使用中還是有很多困難。因?yàn)閭鹘y(tǒng)材料的品牌很多，比如鋼鐵，但是能用于金屬3D打印的材料很少。所以不同鋼種嫁接后的強(qiáng)度能否滿足要求，成了客戶的一大疑問(wèn)。

粉床3D打印需要用基材制造。其實(shí)基材的使用也是一個(gè)嫁接印刷的過(guò)程，只是嫁接的基材比較大，比較平整。

理論上，當(dāng)基板和零件采用相同的材料制成時(shí)，材料經(jīng)過(guò)加熱和冷卻后的收縮是一致的，零件不會(huì)開裂。但是，實(shí)踐和理論是有區(qū)別的。例如，當(dāng)印刷不同的鋼和超合金時(shí)，可以使用鋼基材，這意味著在3D印刷期間，大多數(shù)鋼和可用的超合金之間的收縮率幾乎沒(méi)有差異。

在嫁接印花領(lǐng)域，這個(gè)理論也是可以應(yīng)用的。理論上并不認(rèn)為只有相同的材料才能嫁接在一起。其實(shí)兼容的材料范圍更廣。

/定位。

嫁接印花的技術(shù)難點(diǎn)在于定位。3D打印的工作區(qū)域要與承印物完全重合，否則會(huì)錯(cuò)位。如果零件內(nèi)部有流道，錯(cuò)誤的定位會(huì)導(dǎo)致流道錯(cuò)開，從而導(dǎo)致零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于要求高的零件，只有尺寸公差小于0.1mm時(shí)，才是有效的嫁接。

嫁接印刷過(guò)程中，除了XY方向的定位精度外，Z軸的定位總是容易被忽略。在嫁接印刷上做了一些探索工作的用戶開發(fā)的嫁接方法大多只考慮了XY方向的定位，對(duì)于Z軸的定位缺乏科學(xué)有效的手段，主要依靠目測(cè)和手感。

嵌入深度定位不準(zhǔn)確還是個(gè)小問(wèn)題。裂縫和漏水大部分是由于基板的平面度沒(méi)有調(diào)整好，導(dǎo)致嫁接后局部位置融合和應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞失效的問(wèn)題。

接下來(lái)，簡(jiǎn)單介紹了幾種常見的嫁接印刷品定位方法。

四種常見的定位方法。

具有R&D能力的制造用戶開始自行開發(fā)解決方案。目前主流的方法有四種，分別是真空焊接、標(biāo)記定位、膠水定位和夾具定位。

/真空焊接。

焊接是最直觀的解決方案開發(fā)思路。焊接作為最傳統(tǒng)的連接兩個(gè)零件的方式，自然成為最簡(jiǎn)單的解決方案。

在眾多焊接方法中，真空焊接的應(yīng)用較為成熟。兩部分通過(guò)高溫高壓融合在一起，強(qiáng)度和精度得到很好的保證。然而，真空焊接的缺點(diǎn)是，在通過(guò)機(jī)械壓力結(jié)合之前，兩個(gè)部件都需要具有大的平行平面。如果零件的結(jié)構(gòu)不能滿足要求，如尖頂，不能用真空焊接進(jìn)行焊接。而且真空焊接只能焊接一層，如果是多層結(jié)構(gòu)，一般會(huì)出現(xiàn)疲勞問(wèn)題。

/標(biāo)記定位。

標(biāo)記定位法是用標(biāo)記器將基體表面涂黑，然后安裝到設(shè)備上，用激光燒結(jié)一層，不撒粉。燒結(jié)部分的顏色由于受熱揮發(fā)，金屬原有的顏色漏出，沒(méi)有燒結(jié)的地方還是黑色。通過(guò)不斷調(diào)整位置，最終完成定位。

標(biāo)記定位與其說(shuō)是定位方法，不如說(shuō)是驗(yàn)證方法。用戶通過(guò)窮舉法不斷驗(yàn)證設(shè)計(jì)位置，完成定位。雖然略顯笨拙，但非常有效。這種在艱難時(shí)期具有革命性浪漫氣息的解決方案，在嫁接印花的最初發(fā)展中做出了巨大貢獻(xiàn)。其定位精度和效果顯著，很多用戶仍在使用這種方法。

/膠水定位法。

標(biāo)記定位法雖然有效，但效率太低。印刷部分一旦嫁接，勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)基板的快速定位，膠水定位法應(yīng)運(yùn)而生。

首先，把基質(zhì)和要嫁接的部分考慮為一個(gè)部分。制作一個(gè)三維模型，用這個(gè)模型在基板上只打印1-2層，這樣基板底面的外輪廓就會(huì)留在基板上(其實(shí)是實(shí)心的，但這種定位方法只需要輪廓)。然后，將基板粘在基板上，與此輪廓重合。嵌入找平后，從嫁接層印刷設(shè)備完成定位。

這種定位方法的優(yōu)點(diǎn)是，將兩個(gè)零件視為一個(gè)零件，不需要重復(fù)調(diào)整，一次操作就可以完成定位，降低了大量的工作強(qiáng)度。

/夾具定位方法。

在材料還原加工和測(cè)量領(lǐng)域，零位是一個(gè)基本概念。夾具也是在零定位基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的成熟定位工具。

升降平臺(tái)上3D打印機(jī)的基板中心也是XY=0的位置。然后XY定位可以通過(guò)設(shè)計(jì)專用夾具來(lái)完成。特別是在一些嫁接印刷部件的量產(chǎn)領(lǐng)域，自主研發(fā)的夾具比例非常高。而且夾具直接用3D打印機(jī)打印，可以一次定位，重復(fù)使用。