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SLM金屬3D打印技術為模具行業帶來新的解決方案

2020-04-25 18:19:36 瀏覽量:286次

選區激光熔化是一種增材制造技術,可用于生產帶有隨形冷卻流道的模具鑲件。ABB OY公司的動力傳動與控制部門借助增材制造技術,通過對模具鑲件進行再設計,極大地縮短了生產一個電纜套管所需的周期,同時也降低了生產中的報廢率。

ABB OY每年生產數百萬個電纜套管。此案例中的電纜套管由熱塑性彈性(TPE)制成。此前,用于注射成形生產的模具在原始設計中沒有裝配任何冷卻鑲件,單個產品的生產周期約為60秒,其中冷卻時間大約占了30秒。

由TPE制成的電纜套管產品

選區激光熔化技術實現創新

為了達到最佳的優化效果,該模具鑲件共設計了六種不同的隨形冷卻方案。其中一組使用了傳統設計以用作參照,其余方案則根據SLM技術的優勢與要求,綜合考慮了諸如無支撐角度、最小壁厚、流道尺寸及流道形狀等因素進行設計,并對不同的方案進行了相應的優化。在進行實際冷卻實驗之前,測試人員根據水流量及熱傳導系數對各模具鑲件進行了模擬,其結果顯示不同的零件設計會呈現出不同的冷卻性能。

芬蘭公司VTT使用不銹鋼316L在SLM125設備上打印出這六款模具鑲件,并根據產品需求,對其進行了熱處理,使鑲件達到54HRC的目標硬度后,對其外部進行了相應的機加工處理。至此,冷卻性能試驗的前期準備工作已全部完成。

為了測試冷卻效果,鑲件需要被加熱到70℃進行回火冷卻至20℃,而這一過程類似于注塑成形工藝中TPE的冷卻過程。通過使用紅外測溫采集各個鑲件冷卻時的數據,并進行統一對比。

其中,噴泉型,薄U型和粗螺旋型設計有著最佳的冷卻性能,能夠在10秒內完成冷卻過程。由于鑲件尖端區域的冷卻速度較慢,通過減小流道的橫截面積可以加快湍流流速,實現冷卻效率的提升。而使流道盡可能地靠近鑲件表面則可以使冷卻效率最大化。而綜合考慮到成形難度,噴泉型和薄U型鑲件的成形效果最好。

帶有隨形冷卻的鑲件可以用于注塑成形模具中,目前看來這些鑲件的使用并不會造成成形件中產生空腔。TPE的生產周期縮短到14.7秒,其中冷卻時間縮短至6秒。

隨形冷卻有助于大批量注塑件的生產

SLM技術的使用帶來生產周期和生產成本大幅度的縮減。通過在注塑成形模具中使用隨形冷卻鑲件,可以將冷卻時間從約30秒縮短至大約6秒,將生產周期從60.5秒減少到14.7秒。

3D打印案例——帶有隨形冷卻的模具鑲件

在模具鑲件內直接集成隨形冷卻流道

在使用隨形冷卻鑲件的情況下,TPE的冷卻時間減少了80%

總計生產周期縮短了75%以上

隨形冷卻使得注塑件得以均勻冷卻,減少了次品產生


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