快速造模技术的发展动态和技术瓶颈(下)

HEATS

　　这个工艺一般产生出含60%的钢与40%的青铜的均一部件，硬度达39Rc。近网状部件在脱粘步骤之后几乎没有经历皱缩。这是一个完全致密的部件，不怎么需要打磨之外的后加工。

　　三维系统公司为选择性激光烧结提供两种不锈钢粉末：420号不锈钢Laserform ST-100，和不锈钢成分不一样的Laserform ST-200。新型Laserform A6粉末由低碳钢粒与粘合系统所组成。

1 E0 r. ]$ D$ z4 A" Q2 O$ m) ^' s . B6 V+ M0 ?, N) D

　　该公司正在为选择性激光烧结探寻新的渗透材料，包括铍铜、镍/硅/铬/铜合金Ampco 940、碳化钨与铝、硅青铜，据称能造出的模具比传统模具的冷却速度高出40%。

5 }, w" e( R3 a7 A % u9 p# ~6 c1 ~( b) {# d& r

　　同时，三维金属“印制”工艺利用了喷墨快速原型技术的变体，创造出由粉末钢层和热固化聚合物型粘合剂所组成的模具。该工艺是由提供金属沉积机械的Extrude Hone公司于2000年实现商业化的。

/ |# R, R5 b9 u+ q

　　维印刷工艺把一层不锈钢粉末在建模表面上展开，然后利用喷墨型打印机头将聚合物粘合剂的式样沉积在粉末表面上。集成灯迅速地将钢粉上的粘合剂干燥。另一层粉末与粘合剂然后就在第一层上沉积，重复以上步骤。该部件被放置在烧结炉当中，粘合剂于其中被烧掉，金属颗粒被熔合在一起。接着“绿色”被烧结部件被铜所渗透，实现完全的充分致密性。

) A j" I% ~2 v& q, n & E( v. \' _ E$ J# D8 a, Q2 k

　　结果就是近网状的部件，一般是含60%的钢与40%的青铜，强度、可压缩性与硬度(约30Rc)都接近P20号钢。最大尺寸是8”×8”×6”。模具的基本公差小至±0.005”，在部件整个长度上的变化率是0.002。该模具可以被切削、钻孔、打磨、涂层或电镀。

" T( \+ p2 q% A d: D( @+ A2 y' m # k, B- h ]& O$ h

　　ExOne公司也选择对材料进行烧结，实现不用渗透的充分致密性。创造不含铜的全不锈钢部件将硬度提高到了55Rc，但它降低了热导性，引起15%的线性皱缩，而当部件被渗透时的皱缩率只有1%。在任何情况下，模具在大约几天时间内就能被做出来。

* q, K1 n, D( R3 q) \ % u N. B. g- Z8 ^: D

　　ExOne正在对几种新的制模材料进行评估，包括模具钢、不同的不锈钢/铜组合、含有改进硬化的添加剂的传导性合金。对仿形冷却的研发是一个重要焦点。ExOne公司用金属印制工艺所产嵌件的近四分之三具有仿形冷却。

0 Z1 E7 z1 o4 V8 n8 ^

　　快速模具为人们所熟悉

1 C, v# t7 z" E5 w4 w 9 L' t) _1 _! `) u+ T

　　冷却增强的模具比传统模具的价格要高于10%-30%。但是，快速模具供应商称成型业者将看到通过更快冷却与更高生产力所带来的快速投资回报。但不是所有的快速模具公司称他们的模具成本更高。RSP公司称其工艺比加工模具更为便宜，所以出来的成本接近普通模具。

　　高导热性快速模具的双金属结构产生了一些在粘合、热应力、膨胀收缩系数、可能分层等方面的问题，它们有可能约束一些成型业者尝试使用快速模具。但快速模具供应商们已经对如何与何处使用他们的技术表现出谨慎，他们称不懈的研发努力的目标是要改进他们的技术。

0 K- x' S% I. _7 v- a4 r

　　“我们正在研究改进钢与铜之间结合的方法，”RSP公司的Knirsch说，“我们有几种模具将投入生产，它将是在顶部有H13号模具钢的非合金铜。我们拥有的数据显示冷却将快出两成到三成。”

　　POM开发出了专用的粘合层，来减少两种金属间的分层，而同时像RSP的一些企业依赖于模具制造过程中金属之间形成的物理性粘合。ExOne公司的三维金属印刷工艺利用了相容性材料，以减少分层的机率。铜合金与不锈钢相容，令铜渗入到不锈钢的结构当中。

, U, j9 u2 [( |9 U# K- f! I& R- | ) ~- `. S% s5 Q( B2 s+ D& B, v0 ~

　　有些成型业者可能担心复合金属表面是否有足够的硬度来应对苛刻的成型作业。一个佐证是由选择性激光烧结法(SLS)生产出来的模具。许多快速模具用户不对模具进行热处理，而是对没有问题的表面镀铬或镀镍。但是，电镀增多了一个步骤，延长了模具交货时间。

　　3D Systems公司相信即使未电镀的SLS模具也将表现出良好的耐磨性能。渗透性铜具有一定的耐磨性，可用作润滑剂。一些用户用该公司的模具已经看到了比传统材料更好的耐磨效果。

8 g! [: x' g+ U+ i

　　为使快速模具达致成功，成型业者需要学会如何正确使用它们。必须注意不要快速冷却模具，否则可能不会获得恰当的填充。利用冷却增强型方法的成型业者可能必须提高注射压力和速度，来调节成型工艺，从而确保材料在模具内到达填充的尽端。他们可能还必须提高树脂的温度。几家供应商正在研究计算机模拟技术或其它有限元分析软件，来开发针对双金属组成模具的工艺模式。

. Y* u1 ~8 |8 T, f R" h' Q0 I" D# s" \( P

　　优化热导性模具的成型过程可能需要改变螺杆速度、模具顶出速度、模具开合速度、热嘴温度、模温和冷却时间。

7 h# K! d% j+ B" J0 w$ Z

　　乏对仿形冷却工作原理的了解只会令成型者更快地做出许多劣质部件。随着更多的模具表面接近冷却流道，较薄部位可能太迅速地冷却，然后就翘曲。较好的方法是把冷却流道移至靠近有热点的模腔，并向后退一段合理距离。

5 j& N \+ w1 T5 c, h& G

　　另一个棘手问题是在快速模具中应用模具钢与热导性金属的什么有关性能。如果是对玻璃填充尼龙这样的结实材料进行成型，就需要有足够的模具钢来应付磨损。但加的模具钢越多，传热系数就越小。POM公司称他们一般在导热性材料顶部应用0.06”-0.1”的模具钢。其它供应商称这要根据产品、冷却程度或顾客所需耐磨性而变化。

1 y: ~. @# |- y0 L0 E* b