CN109014193A - 一种具备随形冷却的热作模具成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种具备随形冷却的热作模具成型方法，属于激光快速成形技术领域。为保证热作模具激光铺粉3D打印的连续性，在管道打印至一半时，管道内部铺设低熔点金属线，铺设完毕后，继续在金属线表面打印直至完成整个模具的打印，此后将模具升温至低熔点金属线液相线温度以上，使得管道内填充的金属线熔化排出。为避免熔化金属滞留在管道内壁，优点在于，提供了管道内壁附近的激光工作参数，获得管道内壁与熔化金属间的合理表面张力，模具的冷却效果可以保障。
Description
技术领域
本发明属于激光快速成形技术领域，特别涉及一种具备随形冷却的热作模具成型方法，适用于基于3D打印技术的带有随形冷却管道的热作冲压模具成型。
背景技术
金属激光3D打印技术和再制造技术可大大简化复杂冶金零部件的制造和再制造过程，对于一些传统制造方法难以制造和修复的零部件，可利用3D打印技术成型，降低生产和加工成本，具有极大的市场前景。
目前国内外汽车领域的高强度汽车构件(如汽车前后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶加强梁、车底通道框架、仪表台支架以及车门内板、车门防撞梁等)均为热成形冲压得到，3D打印技术不但可以简化复杂形状模具的加工过程，还可以很好的解决热冲压模具内部随形冷却水道的成形难点。模具工作过程中，管道内冷却水随形，冷却效果良好，保证模具正常工作温度，延长工件使用寿命。
激光铺粉3D打印注塑模具已见诸多信息，但利用激光同轴送粉3D打印技术解决热冲压模具随形冷却问题却鲜有报道。激光同轴送粉3D打印技术要求金属粉末必须有熔覆界面才可以进行，遇到中空结构时，为保证打印过程的连续性，就需要有构件进行支撑(保持有成型平台)，为此，本发明提供了一种保证打印连续的办法：打印至管道一半时，在管道内铺设低熔点的金属线，线的直径与管道内径相等，而后在低熔点金属线的表面继续打印。每条管道均采用该方法完成，待全部成型后，加热模具直至低熔点金属线融化并从管道内流出，整个模具成型完毕。发明中为了保证液态低熔点金属顺利排出，给出了管道周围2-5mm处的激光工作参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备随形冷却的热作模具成型方法，解决了激光同轴送粉3D打印结构复杂的工件时，最大的难点为中空随形管道的处理问题；保证了整个热作模具打印的连续性。
本发明为保证热作模具激光铺粉3D打印的连续性，在管道打印至一半时，管道内部铺设低熔点金属线，铺设完毕后，继续在金属线表面打印直至完成整个模具的打印，此后将模具升温至低熔点金属线液相线温度以上，使得管道内填充的金属线熔化排出。为避免熔化金属滞留在管道内壁，本发明提供了管道内壁附近的激光工作参数，获得管道内壁与熔化金属间的合理表面张力，模具的冷却效果可以保障。具体的工艺步骤为：
利用激光同轴送粉3D打印技术制造热作模具时，中空水冷管道成型分以下4步完成：
1)3D打印成型至每条水冷管道纵剖面；
2)在管道内随行铺设与管道内径相等的低熔点铝线；
3)铝线铺设完毕后，在其表面继续进行余下的3D打印成型；
4)将整个模具加热至670℃后，倾倒管道内融化的铝液；
所述的激光铺粉3D打印制造热作模具的步骤如下：
1)打印开始时，选取任意点为起熔点，开始第一层热作模具H13金属粉末激光3D打印熔覆；
2)完成第一层激光3D打印熔覆后，激光光斑沿第一层顶部向上移动1.2～1.5mm，开始第二层激光3D打印熔覆，打印方向与第一层打印方向一致；直至成型至每条管道外壁位置以外2mm处；全过程激光功率为3400～3800w，扫描速度为9～12mm/s，光斑直径为Φ3～4mm，送粉量为30～40g/min，每层厚度为1.2～1.5mm；该步骤是打印管道以外的模具部分。
3)成型至每条管道外壁以外2-5mm后，改变激光工作参数为：激光功率为3000～3400w，扫描速度为6～8mm/s，光斑直径为Φ2～3mm，送粉量为25～30g/min，每层厚度为0.7～0.9mm；打印至管道外壁位置后，铺设铝线，继续选用该激光参数进行3D打印金属熔覆，直至熔覆层厚度达到2-5mm；而后调整激光参数为：激光功率为3500～3700w，扫描速度为7～9mm/s，光斑直径为Φ3～4mm，送粉量为30～35g/min，每层厚度为0.9～1.2mm；直至完成整个模具打印；该步骤在管道外围的2-5mm处，改变了激光工作参数，主要是为了保证随后加热至低熔点金属融化后，管道内部的表面张力满足将液体金属完全排出的条件。
模具内管道直径范围为Φ6-10mm。
完成打印之后，将工件加热至670℃，高出铝线熔点，倾倒工件，铝线融化排出。
具体实施方式
实施例1汽车热成形冲压模具1制造，具体步骤如下：
1、打印开始时，选取任意点为起熔点，开始第一层热作模具H13金属粉末激光3D打印熔覆；
2、完成第一层激光3D打印熔覆后，激光光斑沿第一层顶部向上移动1.3mm，开始第二层激光3D打印熔覆，打印方向与第一层打印方向一致；直至成型至每条管道外壁位置以外2mm处；全过程激光功率为3700w，扫描速度为10mm/s，光斑直径为Φ4mm，送粉量为38g/min，每层厚度为1.3mm；该步骤是打印管道以外的模具部分；
3、成型至每条管道外壁以外2mm后，改变激光工作参数为：激光功率为3300w，扫描速度为7mm/s，光斑直径为Φ3mm，送粉量为30g/min，每层厚度为0.8mm；打印至管道外壁位置后，铺设铝线，继续选用该激光参数进行3D打印金属熔覆，直至熔覆层厚度达到4mm；而后调整激光参数为：激光功率为3600w，扫描速度为8mm/s，光斑直径为Φ3mm，送粉量为34g/min，每层厚度为1.0mm；完成整个打印过程；
4、模具内管道直径为Φ8mm。
5、完成打印之后，将工件加热至670℃，高出铝线熔点，倾倒工件，铝线融化排出。
实施例2汽车热成形冲压模具2制造，具体步骤如下：
1、打印开始时，选取任意点为起熔点，开始第一层热作模具H13金属粉末激光3D打印熔覆；
2、完成第一层激光3D打印熔覆后，激光光斑沿第一层顶部向上移动1.2mm，开始第二层激光3D打印熔覆，打印方向与第一层打印方向一致；直至成型至每条管道外壁位置以外4mm处；全过程激光功率为3600w，扫描速度为9mm/s，光斑直径为Φ3mm，送粉量为35g/min，每层厚度为1.2mm；该步骤是打印管道以外的模具部分；
3、成型至每条管道外壁以外4mm后，改变激光工作参数为：激光功率为3200w，扫描速度为8mm/s，光斑直径为Φ3mm，送粉量为28g/min，每层厚度为0.7mm；打印至管道外壁位置后，铺设铝线，继续选用该激光参数进行3D打印金属熔覆，直至熔覆层厚度达到4mm；而后调整激光参数为：激光功率为3700w，扫描速度为9mm/s，光斑直径为Φ4mm，送粉量为35g/min，每层厚度为1.2mm；完成整个打印过程；
4、模具内管道直径为Φ8mm；
5、完成打印之后，将工件加热至670℃，高出铝线熔点，倾倒工件，铝线融化排出。
Claims (2)
1.一种具备随形冷却的热作模具成型方法，其特征在于，利用激光铺粉3D打印制造热作模具时，中空水冷管道成型分以下4步完成：
(1)3D打印成型至每条水冷管道纵剖面；
(2)在管道内随行铺设与管道内径相等的低熔点Al线；
(3)Al线铺设完毕后，在其表面继续进行余下的3D打印成型；
(4)将整个模具加热至670℃后，倾倒管道内融化的铝液；
所述的激光铺粉3D打印制造热作模具的步骤如下：
1)选取任意点为起熔点，开始第一层热作模具H13金属粉末激光3D打印熔覆；
2)完成第一层激光3D打印熔覆后，激光光斑沿第一层顶部向上移动1.2～1.5mm，开始第二层激光3D打印熔覆，熔覆方向与第一层熔覆方向一致；直至成型至每条管道外壁位置以外2mm处；全过程激光功率为3400～3800w，扫描速度为9～12mm/s，光斑直径为Φ3～4mm，送粉量为30～40g/min，每层厚度为1.2～1.5mm；
3)成型至每条管道外壁以外2-5mm后，改变激光工作参数为：激光功率为3000～3400w，扫描速度为6～8mm/s，光斑直径为Φ2～3mm，送粉量为25～35g/min，每层厚度为0.7～0.9mm；打印至管道外壁位置后，铺设铝线，继续选用该激光参数进行3D打印金属熔覆，直至熔覆层厚度达到2-5mm；而后调整激光参数为：激光功率为3500～3700w，扫描速度为7～9mm/s，光斑直径为Φ3～4mm，送粉量为30～35g/min，每层厚度为0.9～1.2mm；直至完成整个模具打印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模具内管道直径范围为Φ6-10mm。
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