CN114939675A - 一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，属于选区激光熔化技术领域，首先使用三维模型软件将模具分割成为不需要透气的密实区域A和需要透气的区域B，同时确保A、B两个区域的相对位置关系不变，并保存为两个STL文件；随后将上述两个STL文件加载到EOSPrint2软件中，分别设置区域A和区域B的工艺参数，最后对模型进行切片并上传到EOSM290选区激光熔化设备中，对所需成型材料进行打印成型；本发明通过调整SLM成型工艺参数，使模具部分区域具备透气性，实现模具与透气孔的一体化成型，可以增加注塑模具的设计简便性和灵活性；通过调整成型工艺参数，可以实现对透气区域排气孔径和透气量的定量调控，提升模具的透气性能。

Description

一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法
技术领域
本发明涉及选区激光熔化技术领域，具体为一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法。
背景技术
注塑成型技术是塑料工业生产中重要生产方式，注塑件产品具有结构复杂、尺寸多样、耐腐蚀性好等特点，在现代化建设的各个领域广泛应用。近年来，随着注塑成型技术应用领域的拓展，工业上对注塑件产品成型质量的要求也越来越高，注塑过程中困气、过烧等因素是引起一些深腔注塑件表观品质不良的主要原因。模具设计者需要考虑设置排气结构来排出腔内的气体，然而某些特定的模具结构中，在模具上设计排气槽比较困难；某些大型模件脱模比较困难，需要的脱模力比较大，可以设计引气系统从塑料件的一侧产生顶出力来辅助脱模，这种结构改善注塑件表面质量，缺点是模具结构复杂。透气模具钢的产生为塑料模具设计中出现的困气问题提供了一个新的解决途径。在注塑模具困气处安置透气模具钢镶嵌块，透气模具钢内部连通的孔隙可使气体顺利通过，无需设置专门的排气、引气系统，而粘性的塑料不会进入透气模具钢微孔隙而堵塞气体通道，可以很好的解决注塑时所遇到的不完整填充、夹水纹、困气、毛刺等问题。不仅如此，透气模具钢的使用可以降低注塑压力、减少成型和保温时间，有效降低注塑件的内应力，防止成型产品出现变形、翘曲、高温高压产生的亮光皮纹等缺陷，因此其在注塑模具工业中有较好的应用。
传统的制备透气模具钢主要是粉末冶金法，然而该方法成型自由度低、加工效率低，只能用于制造一些简单形状的块体，难以用于复杂形状零件的快速制造，使其应用受到限制。同时，我国的透气模具钢还主要依赖进口，价格十分昂贵，且其孔隙率只有25％，孔径规格少，进一步限制了透气模具钢在注塑模具行业的推广。虽然国内也有如华南理工大学、四川大学、中南大学等学校或研究机构从事透气模具钢的相关研究工作，但所制备透气模具钢大多存在耐腐蚀性不高，透气性较差等问题。
作为金属激光3D打印技术中应用最广泛的一种成型方法，选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)由于其具有成型自由度高、成型周期短等显著特点，近些年得到广泛的关注和发展。由于激光光斑直径和粉末粒径大小等限制，通过使用SLM技术，并在CAD造型阶段预设好孔隙的方法制备出的多孔金属材料，因其孔径均大于200um，无法满足使用要求。而通过在SLM中的金属粉末内混入CrN等发泡剂的方法(专利号：201810959975.5)制备出的多孔金属材料，虽然孔径可以满足使用要求，但孔隙充满整个工件，无法选择性的仅在需要透气的区域生成孔隙，因此实用性受到很大限制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，可以有效解决背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，包括如下步骤：
S1、使用三维模型软件将模具分割成为不需要透气的密实区域A和需要透气的区域B，同时确保A、B两个区域的相对位置关系不变，并保存为两个STL文件；
S2、分别对所述区域A和区域B的STL模型设置工艺参数，区域A使用成型实体制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为280-340w，扫描速度为850-1150mm/s，扫描间距为0.11-0.15mm；区域B使用成型透气制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为240-320w，扫描速度为1000-1250mm/s，扫描间距为0.12-0.18mm；随后进行切片；
S3、将所述切片文件导入选区激光熔化成型设备中，对所需成型材料进行打印成型。
优选的，所述S2中工艺参数包括但不仅限于激光功率、振镜扫描速度、扫描间距，还包括次要的铺粉厚度，铺粉厚度的范围为30-60μm，其中区域A优选的铺粉厚度的范围为30μm，中区域B优选的铺粉厚度的范围为50μm。
优选的，所述S3中成型材料包括但不仅限于模具钢、不锈钢、高温合金。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，通过调整SLM成型工艺参数，使模具部分区域具备透气性，实现模具与透气孔的一体化成型，可以增加注塑模具的设计简便性和灵活性；通过调整成型工艺参数，可以实现对透气区域排气孔径和透气量的定量调控，提升模具的透气性能。
附图说明
图1为本发明一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法的流程示意图；
图2为本发明模具分割前的示意图；
图3为本发明模具分割后的示意图；
图4为透气区域扫描电子显微镜照片；
图5为密实区域金相照片。
图中：1、模具模型；2、密实区域A；3、透气区域B。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-3所示，本发明提供一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，克服已有制备透气模具方法的不足。在SLM加工过程中，当激光能量输入不足时，会在工件内部生成许多未熔合孔隙，若可以通过调控工艺参数对工件内未熔合孔隙形貌尺寸加以控制，便可以将这些未熔合孔隙作为排气通道。使用三维模型软件将模具分割成为不需要透气的密实区域A和需要透气的区域B(若有多个需要透气的区域，可分割出多个透气区域B1、B2、B3......)，在SLM打印过程中，使用常规的成型工艺加工区域A，同时调整区域B的成型工艺，使区域B的制件内产生大量未融合孔隙作为气体排出的通道，进而实现模具与透气孔的一体化成型。使用这种方法，不仅可以通过调整工艺参数对透气模具的排气孔径和透气量进行定量调控，而且可以增加注塑模具的设计灵活性，具有巨大的实用价值。
该方法的具体步骤包括：
第一步、使用三维模型软件将模具分割成为不需要透气的密实区域A和需要透气的区域B，同时确保A、B两个区域的相对位置关系不变，并保存为两个STL文件；
第二步、将上述两个STL文件加载到EOS Print2软件中，分别设置区域A和区域B的工艺参数，区域A使用成型实体制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为280-340w，扫描速度为850-1150mm/s，扫描间距为0.11-0.15mm；区域B使用成型透气制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为240-320w，扫描速度为1000-1250mm/s，扫描间距为0.12-0.18mm；对模型进行切片并上传到EOS M290选区激光熔化设备中；
第三步、将所述切片文件导入选区激光熔化成型设备中，对所需成型材料进行打印成型，选用18Ni300材料进行模具的打印加工，并得到一体式透气模具。
在本实施例中，第二步中工艺参数包括但不仅限于激光功率、振镜扫描速度、扫描间距，还包括次要的铺粉厚度，铺粉厚度的范围为30-60μm，其中区域A优选的铺粉厚度的范围为30μm，中区域B优选的铺粉厚度的范围为50μm。
在本实施例中，第三步中成型材料包括但不仅限于模具钢、不锈钢、高温合金。
最后，如图4-5所示，对打印完成的一体式透气模具的密实区域和透气区域进行微观形貌分析，从图中可以看出，模具密实区域组织致密，几乎无孔隙，而透气区域存在大量未融合孔隙，这些孔隙与透气钢中存在的孔隙相似，可以作为排气的通道。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、使用三维模型软件将模具分割成为不需要透气的密实区域A和需要透气的区域B，同时确保A、B两个区域的相对位置关系不变，并保存为两个STL文件；
S2、分别对所述区域A和区域B的STL模型设置工艺参数，区域A使用成型实体制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为280-340w，扫描速度为850-1150mm/s，扫描间距为0.11-0.15mm；区域B使用成型透气制件的工艺参数，主要参数设置为：激光功率为220-320w，扫描速度为1000-1250mm/s，扫描间距为0.12-0.18mm；随后进行切片；
S3、将所述切片文件导入选区激光熔化成型设备中，对所需成型材料进行打印成型。
2.根据权利要求1所述的一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述S2中工艺参数包括但不仅限于激光功率、振镜扫描速度、扫描间距，还包括次要的铺粉厚度，铺粉厚度的范围为30-60μm，其中区域A优选的铺粉厚度的范围为30μm，中区域B优选的铺粉厚度的范围为50μm。
3.根据权利要求1所述的一种一体式透气模具的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述S3中成型材料包括但不仅限于模具钢、不锈钢、高温合金。
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