CN106636977B - 一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括：碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼、镍和铁，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍。本发明能打印出无宏观偏析、成份均匀的预硬态塑料模具钢模具，其打印出来的塑料模具无需进行热处理、无需调质、无需进行正火等后序热处理工序，硬度均匀，模具钢的硬度波动可控制在5HB范围内，其表面光洁度优良，易于抛光，品质优异，大大缩短了传统塑料模具的制备加工流程和生产周期，尤其适合对复杂型腔结构的高性能塑料模具进行生产制造使用。

Description

一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法
技术领域
本发明涉及一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法。
背景技术
模具钢是用来制作机械零件、塑料制品模具的钢材。随着工业技术的迅速发展，机械、仪器、电器、电子、轻工和国防等部门广泛采用新的高精度、高效率的模具加工成型工艺代替传统的切削加工工艺。目前的家用电器约80%的零部件依靠模具加工，机电工业中约70%的零部件采用模具成型，塑料制品、陶瓷制品、橡胶制品、建材产品和耐火材料制品也大部份采用模具成型。不少行业中，模具费用已占产品生产成本的15%-30%。而制作精密、长寿的模具，首先需要优质的模具钢，模具钢一般分为：热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大类。
在其中一实施例中，塑料模具钢是应用范围最广泛的一类模具钢。当今，塑料已经成为一种重要的工业原料。塑料制品大部份采用模压成型。塑料模具钢的典型牌号为P20和718，最近几年塑料模具钢主要向耐蚀型、镜面加工型、易切削型及非调质预硬型等方向发展。
3D打印技术亦被称为“增量制造”（AdditiveManufacturing），其是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料等技术的基础上集成发展起来的一项数字化制造技术，其采用“分层制造，逐层叠加”的原理直接将设计模型转化为三维实体，由传统制造的“去除法”转变为“增长法”，使产品的设计和制造的周期大大缩短，使产品的开发成本大大降低，由于其具有广泛的应用前景而受到市场广泛关注。
金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，其是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近净成形（Laser Engineered NetShaping，LENS）等。
传统的塑料模具的制造工艺流程为：铸造-轧制-热处理-下料-机加工-镜面抛光，由于其在铸造过程中不可避免地带来成份偏析，这是后序工艺无法消除的。因而，其经过热处理后的硬度通常存在较大的波动（以P20模具钢为例，标准范围是HB285-HB335，同批次模具钢的实际硬度波动很难控制20HB以内），而硬度波动是造成模具钢成品的品质和寿命不足的最主要原因。多年以来，传统塑料模具的生产工艺都无法解决这一缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种运用3D打印增材制造的理念，打印出无宏观偏析、成份均匀的预硬态塑料模具钢模具，其打印出来的塑料模具无需进行热处理、无需调质、无需进行正火等后序热处理工序，硬度均匀，模具钢的硬度波动可控制在5HB范围内，其表面光洁度优良，易于抛光，品质优异，大大缩短了传统塑料模具的制备加工流程和生产周期，尤其适合对复杂型腔结构的高性能塑料模具进行生产制造使用的免热处理预硬态塑料模具钢。本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种免热处理预硬态塑料模具钢，其根据塑料模具钢的不同牌号以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.3%-0.45%、硅0.15%-0.8%、锰1.2%-2.0%、磷0.001%-0.035%、硫0.001%-0.035%、铬1.6%-2.3%、钼0.1%-0.5%、镍0.01%-1.3%、固溶氧小于或等于0.1%，其余为铁和不可避免的杂质；加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.3%-0.45%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.15%-0.8%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.2%-2.0%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.6%-2.3%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.1%-0.5%，加入的所述镍的重量是合金块重量的0.01%-1.3%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。
进一步地，该免热处理预硬态塑料模具钢的硬度波动能控制在5HB范围内，其硬度均匀、表面光洁度优良和易于抛光。
进一步地，该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法打印，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时可将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走。
进一步地，步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于确保模具钢的悬空部位。
进一步地，步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行预热，预热温度为200℃，预热时间直至打印全程结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积。
进一步地，步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用装入到激光选区熔化的3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成预热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层。
进一步地，步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止。
进一步地，步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后，再将打印好的打印材料取出。
进一步地，步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的机械加工方法可以是铣削等。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1 mm。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为250W-350W。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间为60us-80us。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6m/s-6.5 m/s。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为40um-45um。
进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为65um-80um。
本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其根据塑料模具钢的不同牌号以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.3%-0.45%、硅0.15%-0.8%、锰1.2%-2.0%、磷0.001%-0.035%、硫0.001%-0.035%、铬1.6%-2.3%、钼0.1%-0.5%、镍0.01%-1.3%、固溶氧小于或等于0.1%和铁92.48%-96.538%，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.3%-0.45%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.15%-0.8%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.2%-2.0%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.6%-2.3%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.1%-0.5%，加入的所述镍的重量是合金块重量的0.01%-1.3%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。本发明运用3D打印增材制造的理念，打印出无宏观偏析、成份均匀的预硬态塑料模具钢模具，其打印出来的塑料模具无需进行热处理、无需调质、无需进行正火等后序热处理工序，硬度均匀，模具钢的硬度波动可控制在5HB范围内，其表面光洁度优良，易于抛光，品质优异，大大缩短了传统塑料模具的制备加工流程和生产周期，尤其适合对复杂型腔结构的高性能塑料模具进行生产制造使用。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法的实施例一和实施例二沿Z向（即打印方向）打印出成型模具钢材的布氏硬度分布情况图。
图2为本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法的实施例三沿Z向（即打印方向）打印出成型模具钢材的布氏硬度分布情况图。
图3为本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法的实施例四沿Z向（即打印方向）打印出成型模具钢材的布氏硬度分布情况图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
一种免热处理预硬态塑料模具钢，其根据塑料模具钢的不同牌号以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.3%-0.45%、硅0.15%-0.8%、锰1.2%-2.0%、磷0.001%-0.035%、硫0.001%-0.035%、铬1.6%-2.3%、钼0.1%-0.5%、镍0.01%-1.3%和铁92.58%-96.638%，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.3%-0.45%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.15%-0.8%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.2%-2.0%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.6%-2.3%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.1%-0.5%，加入的所述镍的重量是合金块重量的0.01%-1.3%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。
在其中一实施例中，该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法打印，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将采用上述重量比和方法制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时可将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走。
在其中一实施例中，步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于支撑模具钢的悬空部位。
在其中一实施例中，步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行加热，加热温度为200℃，加热时间直至打印全程结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积。
在其中一实施例中，步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成加热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层。
在其中一实施例中，步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层上面铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止。
在其中一实施例中，步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后再将打印好的打印材料取出。
在其中一实施例中，步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的机械加工方法可以是铣削。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1mm。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为250W-350W。更进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率设置为280W、300W和340W等。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间为60us-80us。更进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间设置为65us、68us、70us、73us、75us和78us等。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6m/s-6.5 m/s。更进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度设置为6.2m/s、6.3 m/s和6.4 m/s等。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为40um-45um。更进一步地，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度设置为41um、42um、43um和44um等。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为65um-80um。更进一步地，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距设置为68um、73um、75um和78 um等。
实施例二、以需要打印出牌号为P20的成型塑料模具钢为例：
一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.44%、硅0.65%、锰1.08%、磷0.011%、硫0.001%、铬2.16%、钼0. 45%、固溶氧0.03%，其余为铁和不可避免的杂质，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬和钼，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.39%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.58%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.08%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.96%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.44%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。
在其中一实施例中，该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时可将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走。
在其中一实施例中，步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于确保模具钢的悬空部位。
在其中一实施例中，步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行预热，预热温度为200℃，预热时间直至打印结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积。
在其中一实施例中，步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用装入到激光选区熔化的3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成预热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层。
在其中一实施例中，步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止。
在其中一实施例中，步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后，再开仓将打印好的打印材料取出。
在其中一实施例中，步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的所述机械加工方法比如是铣削。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1mm。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为260W。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间82us。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6.1m/s。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为40um。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为70um。
实施例三、以需要打印出牌号为718的成型塑料模具钢为例：
一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.46%、硅0.35%、锰1.55%、磷0.012%、硫0.001%、铬2.23%、钼0. 25%、镍1.18%、固溶氧0.05%，其余为铁；加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.43%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.31%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.53%，加入的所述铬的重量是合金块重量的2.05%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.21%，加入的所述镍的重量是合金块重量的1.15%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。
在其中一实施例中，该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时可将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走。
在其中一实施例中，步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于确保模具钢的悬空部位。
在其中一实施例中，步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行预热，预热温度为200℃，预热时间直至打印结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积。
在其中一实施例中，步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用装入到激光选区熔化的3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成预热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层。
在其中一实施例中，步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止。
在其中一实施例中，步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后，再开仓将打印好的打印材料取出。
在其中一实施例中，步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的所述机械加工方法比如是铣削。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1mm。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为320W。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间64us。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6.3m/s。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为42um。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为67um。
实施例四、以需要打印出牌号为1.2311的成型塑料模具钢为例：
一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.4%、硅0.54%、锰1.45%、磷0.012%、硫0.001%、铬1.98%、钼0. 2%、固溶氧为0.04%，其余为铁和不可避免的杂质，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬和钼，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.37%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.48%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.43%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.9%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.18%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。
在其中一实施例中，该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时可将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走。
在其中一实施例中，步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于确保模具钢的悬空部位。
在其中一实施例中，步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行预热，预热温度为200℃，预热时间直至打印结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积。
在其中一实施例中，步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用装入到激光选区熔化的3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成预热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层。
在其中一实施例中，步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止。
在其中一实施例中，步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后，再开仓将打印好的打印材料取出。
在其中一实施例中，步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的所述机械加工方法比如是铣削。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1mm。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为310W。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间67us。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6.4m/s。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为45um。
在其中一实施例中，激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为65um。
参照图1至图3所示，对分别采用上述实施例的重量比和打印工艺制造出来的塑胶模具钢材的布氏硬度进行检测：采用实施例一、实施例二、实施例三和实施例四生产出来的塑胶模具钢材的布氏硬度分布均十分均匀，其布氏硬度的波动均可控制在5HB以内。
对分别采用实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的重量比和打印工艺制造出来的塑胶模具钢材的碳原位成份进行分析检测：实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的打印出来的塑胶模具钢材分布均十分均匀，无明显的偏析，统计其偏析度均为小于或等于0.014,而采用常规方法生产的塑胶模具钢原位分析碳的统计偏析度常规（比值）为0.1-0.15。
本发明的一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3D打印方法，其根据塑料模具钢的不同牌号以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.3%-0.45%、硅0.15%-0.8%、锰1.2%-2.0%、磷0.001%-0.035%、硫0.001%-0.035%、铬1.6%-2.3%、钼0.1%-0.5%、镍0.01%-1.3%和铁92.58%-96.638%，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.3%-0.45%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.15%-0.8%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.2%-2.0%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.6%-2.3%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.1%-0.5%，加入的所述镍的重量是合金块重量的0.01%-1.3%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目。本发明运用3D打印增材制造的理念，打印出无宏观偏析、成份均匀的预硬态塑料模具钢模具，其打印出来的塑料模具无需进行热处理、无需调质、无需进行正火等后序热处理工序，硬度均匀，模具钢的硬度波动可控制在5HB范围内，其表面光洁度优良，易于抛光，品质优异，大大缩短了传统塑料模具的制备加工流程和生产周期，尤其适合对复杂型腔结构的高性能塑料模具进行生产制造使用。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种免热处理预硬态塑料模具钢，其根据塑料模具钢的不同牌号以合金块作为主要材料，并加入部份母材后采用氩气雾化的方式熔炼制备出球形金属粉末原材料，其特征在于：所述合金块包括以下重量比例成份：碳0.3%-0.45%、硅0.15%-0.8%、锰1.2%-2.0%、磷0.001%-0.035%、硫0.001%-0.035%、铬1.6%-2.3%、钼0.1%-0.5%、镍0.01%-1.3%、固溶氧小于或等于0.1%，其余为铁，加入的所述部份母材包括碳、硅、锰、铬、钼和镍，加入的所述碳的重量是合金块重量的0.3%-0.45%，加入的所述硅的重量是合金块重量的0.15%-0.8%，加入的所述锰的重量是合金块重量的1.2%-2.0%，加入的所述铬的重量是合金块重量的1.6%-2.3%，加入的所述钼的重量是合金块重量的0.1%-0.5%，加入的所述镍的重量是合金块重量的0.01%-1.3%；球形金属粉末原材料的粉末粒度为250目-1000目；
该免热处理预硬态塑料模具钢采用SLM激光选区熔化金属的3D打印方法打印，该免热处理预硬态塑料模具钢的3D打印方法为：步骤一、将制出的球形金属粉末原材料装入到激光选区熔化的3D打印设备的粉仓中，然后，利用氩气发生器往激光选区熔化的3D打印设备的打印室内通入氩气，氩气发生器在抽气时能将激光选区熔化的3D打印设备在打印时产生的烟尘带走；
步骤二、创建并导入三维模型：将需要制造的目标牌号模具钢以三维文件的方式导入到magics软件，并依次打开magics软件中的添加支撑功能模块、修复打印缺陷功能模块和生成打印三维模型功能模块；添加支撑功能模块用于确保模具钢的悬空部位；
步骤三、对激光选区熔化的3D打印设备中的基板进行预热，预热温度为200℃，预热时间直至打印结束为止；然后再将一层以上的打印材料放置到基板上逐层堆积；
步骤四、对激光选区熔化的3D打印设备的基板进行铺粉：其先采用装入到激光选区熔化的3D打印设备粉仓中的球形金属粉末原材料对完成预热和完成放置打印材料的基板铺放第一层粉末，其次，激光选区熔化的3D打印设备采用激光束对铺放在基板上的第一层粉末进行扫描，使经激光束扫描后的第一层粉末能与基板融合焊接在一起从而得到第一粉末层；
步骤五、继续采用激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓对基板上的第一粉末层铺放第二层粉末，然后再用激光束对第二层粉末扫描后得到第二粉末层，接着，激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓又继续对基板上的第二粉末层铺放第三层粉末，然后又再经激光束对第三层粉末扫描后得到第三粉末层，如此循环逐层铺粉，其铺粉的层数能根据生产的需要和打印的需要而定，直至所有打印材料打印完成为止；
步骤六、当所有打印材料打印完成后，继续对基板维持预热3小时，然后，再开仓将打印好的打印材料取出；
步骤七、关闭magics软件中的支撑功能模块，当模具钢的悬空部份和打印成品部份结合不牢固时，其能通过简单的机械加工方法去除，简单的机械加工方法能够是铣削；
激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的光斑直径为0.1 mm；
激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的功率为250W-350W；
激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的曝光时间为60μ s -80μ s ；
激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描速度为6m/s-6.5 m/s；
激光选区熔化的3D打印设备中的粉仓在基板上铺放每层粉末的厚度为40 μ m -45μ m；
激光选区熔化的3D打印设备的所述激光束的扫描间距为65μ m -80μ m 。
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