華曙攜手Next Chapter開發(fā)高品質H13模具鋼3D打印工藝，助力模具應用

美國著名模具應用解決方案供應商Next Chapter Manufacturing公司近日宣布，其使用華曙高科選擇性金屬激光熔融技術，實現(xiàn)高品質H13模具鋼材料燒結工藝開發(fā)。這一創(chuàng)新應用開發(fā)成果使其在模具行業(yè)競爭中脫穎而出。

滑塊和斜銷因其狹長的形狀，是模具系統(tǒng)中最難設計內置冷卻通道的部件。Next Chapter Manufacturing借助增材制造技術，能夠實現(xiàn)狹窄空間內隨形冷卻回路的設計，并可集成隔水片系統(tǒng)和噴泉水路系統(tǒng)，確保冷卻效果并消除了漏水風險。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）

Next Chapter Manufacturing采用先進的五軸加工技術完成增材制造部件的精加工。同時Next Chapter創(chuàng)新研發(fā)的可變密度功能，可以在分型線下進行排氣系統(tǒng)整合，以保證模具注塑質量。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）

客戶只需提供原始模具設計，模流分析報告以及冷卻水路進出口的位置，Next Chapter Manufacturing就能進行冷卻水路的重新設計，特別是針對增材制造工藝特點進行優(yōu)化設計。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）

整體模仁采用隨形冷卻設計，均勻分布的水路使得產品中熱量能在模具注塑過程中均勻快速地分散出去。3D打印完成后，樣件經熱處理后消除內應力，加工精度符合公差要求。（+/- 007）（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）

創(chuàng)成式設計方法能夠通過軟件計算“生成”最高效的模具設計，其考慮了模具在生產過程中所有的動作與受力情況，然后根據(jù)輸入條件參數(shù)組合提供數(shù)百種設計方案。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）

Jason Murphy, Next Chapter Manufacturing總裁兼CEO：公司的使命是采用標準、可靠的增材制造工藝，如選擇性金屬激光燒結技術，創(chuàng)造性地為模具制造商和工程師提供解決方案。公司成立之初，我們就采用選擇性金屬激光燒結技術，在不改變現(xiàn)有模具外觀的條件下改進并完善設計。然而，憑借我在模具設計和制造方面的豐富背景（持有certified Master Molder資深模具行業(yè)資格證），目前公司重心已擴展到全面的模具設計（包括注塑模具、壓鑄模具、機械手、夾具和自動化部件等），以提高速度，縮短生產周期，消除常見的成型缺陷（翹曲、過熱、困氣等），主要應用于汽車和醫(yī)療行業(yè)。我們公司專注于制造大體積、多型腔結構，易磨損件的增材制造模具應用，主要用于成型高強度工程塑料制品。在這些極具挑戰(zhàn)的領域，目前還鮮有其他模具公司以3D打印的方式提供解決方案。我們?yōu)榭蛻糁圃斓脑霾闹圃炷＞吣湍p性能十分出色，可以保證百萬模次的生產。這是我們通過與模具廠的緊密合作的結果，解決了模具制造商的在模具生產時遇到的困難，并最大限度地提高生產效率（包括提升設備綜合效率、降低報廢率和停機時間等）。今年，我們再次將業(yè)務重點擴展到規(guī)模經營，并進入消費品、電子產品和工業(yè)市場。

MoldMaking Technology：在我看來，模具材料對Next Chapter Manufacturing在競爭中脫穎而出起著重要作用，請具體說明。

Murphy: 想要成功進行模具制造，就必須傾聽模具制造商的訴求。例如，H13一直是制造高品質模具的標準材料，但直到最近金屬粉末供應商才推出專為增材制造技術所生產的粉末。加之很多增材制造金屬粉末的 “標準產品” 并不是傳統(tǒng)等級的模具鋼種類，這使得在模具制造過程中采用3D打印技術變得更加困難。過去，增材制造金屬材料只有1-2種有限類別的鋼材料，并且一般增材制造設備制造商僅針對這些材料開發(fā)設備和工藝參數(shù)。作為一家專業(yè)模具服務商而非普通3D打印服務提供商，我們的工作重心是提供最佳模具解決方案，這依賴于正確的材料，用來生產大批量、耐磨損的模具。由于之前模具市場并不是增材制造設備商和金屬粉末制造商的關注重點，針對模具制造量身定做的設備和粉末也幾乎沒有。與其它市場（如航空航天）相比，模具鋼材料開發(fā)的種類并不多。

選擇性金屬激光燒結技術工藝發(fā)展已有幾十年歷史，可以制造非常復雜的幾何形狀和內部冷卻通道，打印成品尺寸精度高，僅需進行少量機加工即可滿足公差精度和表面光潔度要求。我們的獨特創(chuàng)新是使用高品質H13粉末進行直接金屬激光燒結研究，而其它人使用的是馬氏體時效鋼粉末。這是我們的一項獨特材料優(yōu)勢。在我們對這兩種不同鋼材的研究過程中，從最終樣件的性能表現(xiàn)看，H13樣件性能高于馬氏體時效鋼20%—25%，所以H13材料更加符合模具制造商和模具工程師的需求，將可以幫助他們在相同成本投資下達到模具生產的最大效益。

在選擇增材制造設備之初，我們就決定與華曙高科合作，因為華曙的開源理念”O(jiān)pen for Industry”，這意味著我們可以有足夠的空間針對具體應用開發(fā)定制化的工藝參數(shù)，使我們能高效，高品質地進行H13以及其它模具鋼粉末材料的打印研發(fā)。華曙獨特的軟件開源參數(shù)策略使得我們能夠進行小批量建造測試、并不斷改進工藝，以進一步提高最終產品的穩(wěn)健性和制造速度。華曙設備為設計者提供了無與倫比的操作自由度，來實現(xiàn)增材制造技術所能達到的最有效的模具設計——這種自由度，這是其它設備所不具備的。同時，我們仍然不斷在進行深入的技術研究，因為增材制造世界在不斷發(fā)展，將不斷提供更新、更好、更多元的工藝和材料。我們的目標是不斷創(chuàng)新，找尋最契合客戶需求的技術解決方案，并將其集成到我們的工作流程中——包括前端設計，分析到后處理的全部過程。

談到材料，我們也在進行模具透氣性結構的研究，采用選擇性金屬激光燒結技術制造內部多孔的模具鋼部件以增進排氣。對于模具部件來說，其排氣性能與冷卻性能同樣重要，需要在必要的功能部位增加排氣設計，而不是“在可以增加的部位”才添加，這對于實現(xiàn)模具的最佳性能至關重要。這是一項我們正在進行中的新研發(fā)項目，因此尚未商業(yè)化。

MoldMaking Technology：您提到您的做事方式是“超越傳統(tǒng)模具?！闭埥忉屢幌隆?/p>

Murphy: 增材制造（AM）允許我們以不同的方式重新思考一個模具所需要達到的標準。模具不需要是圓形或方形，也不再需要典型的斜頂桿、鎖、銷、襯套、分型線等設計。從外形上，模具也不一定是一個巨大鋼塊，我們只需要它來支撐壓力下的負載。這是創(chuàng)成式設計發(fā)揮的巨大作用，因為它考慮了模具將經受的所有力，然后根據(jù)任意參數(shù)組合提供數(shù)百種解決方案。所有這些均有助于達到最有效的模具設計。

首先，我們施加注塑/壓鑄壓力，以及滑塊和移動部件所經受的所有受力條件，然后創(chuàng)成式設計軟件進行針對3D打印制造方式的設計優(yōu)化。一般來說，使用創(chuàng)成式軟件的設計方案，在質量上只有原先的50%左右。盡管增材制造是一個相對緩慢的建造過程，但創(chuàng)成式設計使我們只需花一半的時間制造模具，因為我們的質量只有原先的一半。將創(chuàng)成式設計融入模具制造工作流程，使我們能夠更快獲得解決方案并優(yōu)化增材制造工藝，這比當前傳統(tǒng)模具制造方法更具競爭力。

MoldMaking Technology：您說雖然所使用的工藝可能不完全都是創(chuàng)新性的，但更重要的是您如何使用技術為客戶帶來創(chuàng)新解決方案。請舉個例子。

Murphy: 我們有一個客戶遇到氣缸控制失效的問題。他們在進行鋁合金擠壓生產時，高溫鋁合金使得模具的溫度迅速升高，當熱量傳遞到氣缸中時，導致開關失效。我們的解決方案是在模具和氣缸中間增加一個可傳動冷卻板，形成一道隔熱屏障。這與模具內的隨形冷卻和塑性成形無關，但它是一種有效的解決方案，減少了停機時間。通過切身考慮模具設計者和模具制造商每天在生產中面臨的挑戰(zhàn)，并不斷消除設計和制造中的局限，我們可以快速找到 “徹底解決這個問題” 的正確方案。

MoldMaking Technology：您認為公司未來五年的發(fā)展方向是什么？

Murphy: 我們看到了標準化定制的趨勢，特別是是模具部件的標準化。例如，我們通過PCS公司提供隨形冷卻澆口襯套，減少了設計迭代時間。我們還將重新思考最普通的模具部件，并根據(jù)客戶的具體應用進行增材制造設計，從而更好地滿足客戶對其全球供應鏈中模具鑲件一致性的要求。