哈特三维刘桐：金属增材制造技术在汽车模具中的典型应用

在2019年8月16日举行的“第四届SAMA国际论坛暨2019“一带一路”3D打印与智能制造年会”上，安徽哈特三维科技有限公司技术总监刘桐做了题为“金属增材制造技术在汽车模具典型应用”的报告。

南极熊了解到，安徽哈特三维位于安徽春谷3D打印智能装备产业园，由哈尔滨工业大学、安徽省春谷3D打印研究院共同出资成立，主要从事高端金属3D打印材料研发、3D打印技术服务、复杂内流道高端模具3D打印制造、高品质3D打印和修复复合智能装备等，致力于建成国内领先的3D打印专用先进金属材料研发、生产和应用基地、3D打印和修复智能装备研发和生产基地。

目前公司拥有完善的金属3D打印粉末制备生产线、金属3D打印机以及材料分析检测设备。

公司的核心业务涵盖：3D打印专用新型金属粉体材料（材料）；3D打印快速制造（应用）；行业专用装备研发（材料+设备）；3D打印材料研发/技术研发/技术服务。

据刘桐博士介绍，哈特三维在金属3D打印模具、材料成型工艺、材料嫁接3D打印方面做了大量的实践和经验积累。

通过3D打印技术制造的随形冷却模具具有众多优势，包括：
● 有效缩短注塑或压铸过程中的冷却时间，可提升30~70%产能时效与质量良率。
● 有效减少翘曲变形、开裂飞边、气泡砂眼等产品缺陷，显著提升最终产品的质量与成品率；
● 模具使用寿命大大延长，产品单位成本降低

借助3D打印模具的优势，哈特三维完成了多个应用案例，比如刹车油壶的模具，该模具采用MS1模具钢打印、硬度52-54HRC，制造时间为15h。

该油壶模具采用嫁接3D打印的工艺，其中底部采用模具钢S136通过传统工艺制造，上半部分采用3D打印的EOS MS1模具钢制成。使用该模具后，产品成形周期由41秒降低至29秒，降低29.3%，模具温度从65℃下降到24℃

第二个案例是汽车主驾驶舱玻璃升降台模具，同样采样了嫁接打印的工艺，基座材料使用S136，打印材料使用MS1。

以及采用同样工艺制造的：后视镜转轴模具、后尾箱自动升降油杆模具、汽车空调通风管路系统模具。

△后视镜转轴模具

△后尾箱自动升降油杆模具

△汽车空调通风管路系统模具

在报告中，让南极熊印象最为深刻的就是他介绍的“嫁接打印”，包括“同质嫁接”和“异质嫁接”两种工艺，并对这两种工艺的不同效果进行了研究。

为了开展嫁接打印的性能研究，他们设计了一批试验包括将H11、H13、NAK80、S136、17-4、corrax与MS1机型连接打印，以及将铍铜合金与MS1进行打印连接。

并将未经过热处理和经过热处理的试件分别进行了拉伸测试，试验结果显示，样件断裂均发生在嫁接打印的连接处，但性能参数上却存在较大的差异，这些数据这对于指导模具嫁接打印的工艺优化具有重要的参考意义。

刘桐表示：目前市面上可3D打印成形模具钢牌号较少且种类单一，不能满足日益增长的增材制造随形冷却模具的需求。针对3D打印成形特点，急需开发新型3D打印高精度、高效率、长寿命的塑料模具钢。

于是，安徽哈特三维建立了一套自己的模具钢粉末产品体系，以满足市场上对高品质模具钢粉末材料的需求。其中包括在日本NAK80和S136材料成分基础上，通过成分优化改良了研制了两种新型塑料模具钢，更适合于3D打印成形。

2017年的时候，南极熊曾经做过一个市场调研，对3D打印金属模具行业进行了调研和预测，其中一个结论是在未来10年中，金属3D打印模具对设备的需求量将达到1500台。如今，金属3D打印模具在市场上越来越得到认可，同时也带动了模具钢粉末材料的销售，未来这一需求还将不断爆发出来。