Trumpf:铝合金3D打印高压铸造模具浇口分流器

△TruPrint 3000 加工 H13 模具零件

通过这个视频相信大家都了解了通快 3D 打印铝合金高压铸造模具浇口分流器的流程，随着零部件的结构越来越复杂，使用传统的铸造技术在生产零部件时，模具的设计和制造会花费大量的时间，增加生产周期和研发成本。而使用增材制造技术可以通过计算机辅助设计模型直接成形复杂形状的图形。

金属 3D 打印技术可以使企业有能力快速生产各类零件、减少大量外协费用，同时对于单件、小批量熔模精密铸件的生产可以不用模具，从而节省大量模具加工费用。

下文会给大家进一步解读关于浇口分流器 3D 打印以及传统制造工艺的对比。先通过一段视频了解铝合金高压铸造的流程：


△铝合金高压铸造的流程

铝合金高压铸造的模具尺寸通常可达 1 米× 2 米，压力可达 80 吨。合模之后温度高达 700 多摄氏度的铝水在不到 1 秒的时间内被压入模腔，并迅速冷却凝固成铝合金齿轮箱壳体产品。而压铸产线的产能取决于开模时间的长短，如果能提高局部过热区域的冷却速度，就能大大缩短铝水冷却凝固的时间，实现短时间开模，大大提升产能。

在这个案例中，浇口位置由于壁厚更大，积聚了更多的铝水，在冷却过程中温度始终高于其他部位，提升该处的冷却速度成为缩短开模时间的关键。



传统的浇口分流器的冷却流道设计是通过钻孔并安装一套冷却回流的组件来实现对该处的局部冷却。这样的冷却流道设计，使得冷却水距离模具表面的距离较远，并且模具的不同位置冷却不均匀。



有了 3D 打印技术后，就可以对冷却流道做进一步优化，设计成更贴近模具表面的随行冷却流道，并且可以通过 3D 打印一体化成型，无需后续的加工或装配，流道距离模具表面的平均距离维持在 3mm。



经过优化后 3D 打印的浇口分流器实际工作过程中的最大温度仅 224 摄氏度，比传统加工的零件的最大温度降低了 180 摄氏度，并且表面温度的均匀性也更好。不仅缩短了 30% 的开模时间，并且提升了模具的使用寿命。


H13 钢属于热作模具钢，具有较高的韧性，耐冷热疲劳性与优良的热强性，但在 3D 打印加工过程中特别容易开裂，形成微裂纹，导致最终产品的致密度和力学性能下降。这次 TruPrint 3000 打印的浇口分流器模具的原材料粉末由 CMC 公司提供，这批粉末对 H13 的成分做了优化，在保证性能的基础上降低了产品的脆性，避免了微裂纹的产生。通过对产品的金相分析，致密度达到 99.9% 以上。


△粉末成分表

△垂直面金相图

德国通快TRUMPF，全球领先的工业机床、激光技术厂商（2019财年营收达37.8亿欧元），从1999年开始增材制造技术及应用的开发，到现在已经有超过20年的积累，截止2020年已经推出多种基于激光技术的金属3D打印设备产品，在金属3D打印领域不断发力。