在增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域中，模具嵌件的修復(fù)受損被愈加廣泛地采用，尤其是使用直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)。與模具更換相比，DMLS可快速修復(fù)受損區(qū)域、簡(jiǎn)化維修、縮短停工期、延長(zhǎng)使用壽命、降低維護(hù)和修理成本，具有眾多優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)的維修工序步驟繁多，且耗時(shí)較長(zhǎng)。如焊接工藝要求將損壞或破損區(qū)域去掉，需要固定鋼塊、焊接，然后重新加工嵌件。此外，傳統(tǒng)維修還涉及到一些額外的步驟，如加工、拋光、測(cè)試等，同時(shí)還受維修時(shí)限條件的制約。
維修模具嵌件需要更快、更經(jīng)濟(jì)的方式，這便為DMLS打開(kāi)了大門(mén)。Ecoparts和Innomia這兩家公司走進(jìn)這扇門(mén)，為客戶提供更快速更經(jīng)濟(jì)的DMLS工具維修。Innomia使用逆向工程、3D掃描和增材制造方法提供塑料及金屬部件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。Ecoparts是EOS服務(wù)供應(yīng)商，為模具和機(jī)械工廠行業(yè)生產(chǎn)模具原型、未鑄滿鑄件、工具嵌件、熱流道澆口冷卻套。
“一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)無(wú)需增加材料時(shí)，激光焊接對(duì)于修復(fù)受損轉(zhuǎn)角、邊緣和薄膜缺陷是十分有益的，”Innomia的總經(jīng)理LubosRozkosny先生說(shuō)道，“當(dāng)需要增加材料時(shí)，DMLS十分高效。它可以按照部件的3D模型，將材料堆砌在精確的3D結(jié)構(gòu)上。這是激光焊接不可能做到的，因?yàn)榧す夂附油ǔＪ鞘謩?dòng)控制。但DMLS的激光束是通過(guò)CAD文件進(jìn)行電腦控制，所以DMLS能做到。”
一般而言，DMLS塑造一個(gè)同類的鋼質(zhì)部件，是從下到上將金屬細(xì)沙層熔化，直到部件塑造完成。開(kāi)始時(shí)，使用純工具鋼粉末材料的薄層搭建塑造平臺(tái)。電腦生成的組件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定一些節(jié)點(diǎn)，在這些節(jié)點(diǎn)用強(qiáng)大的激光束將粉末熔化。隨之，降低平臺(tái)，使用另一個(gè)粉末層。再次將粉末熔化，以便將粉層固定在預(yù)先設(shè)計(jì)好的節(jié)點(diǎn)處。
DMLS維修嵌件的方法與眾不同。“你不需要將受損兩部分焊接起來(lái)，”Ecoparts的老板兼總經(jīng)理解釋說(shuō)，“你可以把受損的嵌件部分重新注塑。這樣能保證部件的微觀結(jié)構(gòu)完好，看不出看修復(fù)嵌件的焊接縫隙。”DMLS工序完成以后，嵌件可以按需進(jìn)行后期加工(如銑削和拋光)。這樣就保留和重塑了嵌件的功能。
Rozkosny先生說(shuō)，DMLS將材料熔化，放在受損區(qū)域。使用DMLS方法加工的金屬可以提供良好的機(jī)械性能。例如，MS11.2709馬氏體時(shí)效鋼的硬度范圍可達(dá)54HRC(可使用熱處理將硬度調(diào)節(jié)至34~54HRC)。此外，還可將不同的工具鋼結(jié)合起來(lái)，且受限因素僅為燒結(jié)表面尺寸和材料的焊接性能。DMLS同樣可在密封室內(nèi)惰性氮環(huán)境下工作，以保證金屬結(jié)構(gòu)良好。最后，還能提供較短的交貨時(shí)間和良好的質(zhì)量，Rozkosny先生說(shuō)。
然而，Innomia和Ecoparts也都看到了DMLS的局限性：(1)當(dāng)前工作室尺寸(250mm×250mm×325mm)限制了修復(fù)嵌件的尺寸;(2)表面處理較粗糙(約10Ra)，需要傳統(tǒng)的處理工序輔助;(3)疊層工藝要求較平的表面;(4)現(xiàn)今只可加工一種材料(1.2709)。然而，當(dāng)表面處理之后，DMLS提供的高精度和高質(zhì)量表面處理將其成就為工具加工和工具維修的理想平臺(tái)。同時(shí)，經(jīng)證實(shí)，DMLS維修也延長(zhǎng)了嵌件壽命。
Kundig先生補(bǔ)充道，部件的復(fù)雜程度并不是DMLS的成本動(dòng)因。“不管是部件結(jié)構(gòu)是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，自由形式還是隨形冷卻，工業(yè)用3D打印機(jī)僅僅制造部件”他說(shuō)。
重塑和維修
Innomia和Ecoparts都感覺(jué)到了使用DMLS進(jìn)行模具嵌件維修的需求越來(lái)越旺盛，因?yàn)镈MLS可以簡(jiǎn)化并加速維修工序。兩家公司都僅僅需要將受損材料去掉，而非更換嵌件。多數(shù)情況下，完全再注塑一個(gè)嵌件可以節(jié)省數(shù)周的生產(chǎn)時(shí)間。
根據(jù)Rozkosny先生所言，Innomia最初利用自動(dòng)金屬部件快速成型進(jìn)入金屬增材制造領(lǐng)域，但是隨后轉(zhuǎn)移到注塑模具應(yīng)用領(lǐng)域，包括快速制模和隨形冷卻。從那時(shí)起，客戶便開(kāi)始信賴DMLS在產(chǎn)品加工方面的質(zhì)量了。于是，快速模具維修的需求就越來(lái)越大。
Innomia除了使用DMLS，還使用3D掃描和逆向工程方法進(jìn)行工具維修。這使得該公司即便在2D或3D文件不可用的時(shí)候，也可以修復(fù)受損工具。對(duì)于破損注塑磨具嵌件的特定修復(fù)，現(xiàn)在尚無(wú)3D數(shù)據(jù)或圖紙，而且還有很多限制部分。
“從工具上拿掉嵌件，然后發(fā)給我們，”Rozkosny先生解釋說(shuō)，“首先我們掃描嵌件推行，然后重新設(shè)計(jì)完整的3D模型。接著，我們切割掉或銑削掉受損區(qū)域，因?yàn)槲覀冎厮芄に囆枰粋€(gè)平整的表面。隨后，將受損區(qū)域放入EOSINTM270，進(jìn)行位置固定，然后在切割面上對(duì)缺失材料進(jìn)行激光燒結(jié)。最后便是表面處理，將嵌件安裝到模具上。”
從嵌件移除到開(kāi)始再生產(chǎn)，共有三個(gè)步驟。修復(fù)好的嵌件已經(jīng)用了兩年半，這足以展示修復(fù)的質(zhì)量和使用時(shí)限，他說(shuō)。
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