H13模具鋼3D打印工藝助力模具行業應用

　　H13是一種應用廣泛的模具鋼，具有良好的抗沖擊性、耐熱性和耐磨性。與其它等級模具鋼相比，H13在高溫條件下韌性和穩定性更優，適合于制作各種熱加工和冷加工模具。H13模具鋼廣泛應用于制造沖擊載荷大的壓鑄模、熱擠壓模、高韌性及高拋光(可表面處理至A1級)注塑模具。

　　由于H13模具鋼的碳含量較高，傳統方法難以焊接加工，采用標準金屬選擇性激光燒結工藝參數也很難實現燒結。碳元素非常容易在激光燒結中蒸發并污染粉床表面，以致打印部件出現內部缺陷、孔隙、熱裂紋等問題，特別是在應力集中的區域。

　　為了尋求H13模具鋼的最佳打印方案，華曙高科應用研發團隊與美國模具行業合作伙伴Next Chapter Manufacturing攜手，合作開發H13工藝參數，采用金屬激光燒結技術生產高性能模具。

　　雙方合作的一個典型應用即斜銷，斜銷主要用于成型內部有倒鉤結構的產品，在生產過程中起冷卻和頂出的作用。在斜銷上增加1/16英寸NPT隨形水路設計(如圖1)，并采用華曙FS271M設備打印，Next Chapter Manufacturing在8天內即可交付4個斜銷。斜銷可直接替換應用于模具中進行生產，全新的隨形水路結構有助于提高冷卻效率，消除注塑成品翹曲現象。在生產條件不變的情況下，通過增材制造優化設計的斜銷提高了產能，將生產周期從48秒減少到30秒，每年節約成本10萬美元。

　　“在選擇增材制造設備之初，我們就決定與華曙高科合作，因為華曙的開源理念意味著我們可以有足夠的空間針對具體應用開發定制化的工藝參數，使我們能高效、高品質地進行H13以及其它模具鋼粉末材料的打印研發。華曙獨特的軟件開源參數策略使得我們能夠進行小批量建造測試，并不斷改進工藝，以進一步提高最終產品的穩健性和制造速度。華曙設備為設計者提供了無與倫比的操作自由度，實現增材制造技術所能達到的最有效的模具設計——這種自由度，這是其它設備所不具備的。”

　　目前，華曙應用研發團隊通過大量測試，開發H13模具鋼打印工藝參數，包括激光功率、掃描策略、內部應力釋放和熱處理等。優化的工藝參數有助于防止燒結時產生熱裂紋(如圖2)，并確保部件的相對密度達到99.0%以上。華曙增材制造H13部件的機械性能優異，與H13鍛造件的機械性能基本相當，打印態硬度約為50HRC(如表1)。優異的增材制造H13部件性能，以及華曙開源參數策略，為用戶提供了進一步開發最適合模具應用工藝的自由度。

　　表1：H13鍛造件與華曙金屬激光燒結件的機械性能對比(研發中)

　　秉承“Open for Industry”開源理念，華曙高科致力于為行業客戶提供全系列增材制造解決方案，尤其適合第三方新材料的工藝開發。截至目前，華曙高科已成功研發鎢、鉭、純銅、馬氏體時效鋼18Ni300和鎳基高溫合金等16種金屬粉末材料燒結工藝，為航空航天、汽車、模具、醫療、齒科等行業提供了眾多輕量化、功能化、定制化的金屬增材制造解決方案。