钢铜结合用于铸造？多材料3D打印对制造业的颠覆

Original 2016-03-11 kw@3D科学谷 3D科学谷

在模具行业，钢带来了耐磨性和优良的产品表面，铜带来了极佳的导热率，散热对模具制造周期起到关键的作用。那么有没有一种方法能将钢与铝的性能有效结合起来，既能带来耐磨性和极佳的散热性呢？现在，3D打印打开了这项技术的可能性。

通过喷粉的装置将金属粉末喷射到激光产生的熔池区域，双料斗系统可以控制沉积的多个材料，这带来了多材料制造的能力。

多材料制造意味着，可以设计和创建零件不同位置的不同机械性能，在不同的区域体现高韧性、抗疲劳、耐磨损或耐腐蚀性。本期，3D科学谷与谷友通过DM3D的直接金属沉积（DMD）系统（通常叫做LENS技术）的案例来深入了解多材料制造的优势。

案例研究

注塑模具

图1显示了一个典型的塑件成型零件的制造时间。如图所示，塑料注射后的零件冷却时间占据全制造过程44％的时间，这意味着冷却时间的减少对生产率的影响最大。

图1：注塑周期，来源：AM

图2显示了一种用于制造汽车座椅安全带的模具。该模具是在DMD铜基覆工具钢。铜合金的热传导率几乎是工具钢的6倍。这种导热性使得铜就向热流道一样能够快速带走注塑中的热量，显著减少冷却时间。同时，模具表面的工具钢结构提供了注塑过程所需的强度和耐磨性。

图2：上表面为模具钢，内部为铜的注塑模具，来源：AM

熔覆的关键是铜和钢的成功连接。传统焊接技术不能把这两种材料处理在一起。DMD加入了其专有的缓冲材料。图3是一个微观的视图，该包层显示了缓冲区。

钢复合铜的技术使这一客户可以减少注塑成型周期26％的时间，在这里，3D科学谷要强调的是这一改进使得注塑周期达到28秒，而不是原来的38秒，这带来了每年60,000美元的经济效益。

案例研究

压铸模具

这项工作是DM3D与凯斯西储大学和北美的压铸协会合作进行的。

类似于注塑，铝合金压铸的效率也受冷却的影响。高温的液态铝的压铸也给模具带来了挑战。在铸造过程中，芯（通常由工具钢制成）被熔融铝和过热的热点包围，有时候会发生钢铁溶解的现象（在压铸行业俗称焊接）。如何更有效地降低芯的热量，防止焊接现象发生，并缩短压铸周期时间成为铝合金压铸的关键点。

图4：压铸的铝件，，来源AM

图4中的图像是制造的铝件，图5和图6显示的是复合芯，这是由铜合金制成的，包覆H13工具钢，两种材质中间采用缓冲层。

图5：复合芯，来源AM

图6：加工后的复合芯,，来源AM

图7显示热成像。芯的温度比原来的制造方式的表面温度低约100oF。这种好处是铸造周期时间减少了13％（原来的制造周期是55秒，采用铜／钢复合工艺将周期减少至40秒）。

图片：热成像，来源AM

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