華曙攜手Next Chapter開發(fā)高品質(zhì)H13模具鋼3D打印工藝，助力模具應(yīng)用
美國(guó)著名模具應(yīng)用解決方案供應(yīng)商N(yùn)ext Chapter Manufacturing公司近日宣布，其使用華曙高科選擇性金屬激光熔融技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)H13模具鋼材料燒結(jié)工藝開發(fā)。這一創(chuàng)新應(yīng)用開發(fā)成果使其在模具行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
滑塊和斜銷因其狹長(zhǎng)的形狀，是模具系統(tǒng)中最難設(shè)計(jì)內(nèi)置冷卻通道的部件。Next Chapter Manufacturing借助增材制造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)狹窄空間內(nèi)隨形冷卻回路的設(shè)計(jì)，并可集成隔水片系統(tǒng)和噴泉水路系統(tǒng)，確保冷卻效果并消除了漏水風(fēng)險(xiǎn)。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）
Next Chapter Manufacturing采用先進(jìn)的五軸加工技術(shù)完成增材制造部件的精加工。同時(shí)Next Chapter創(chuàng)新研發(fā)的可變密度功能，可以在分型線下進(jìn)行排氣系統(tǒng)整合，以保證模具注塑質(zhì)量。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）
客戶只需提供原始模具設(shè)計(jì)，模流分析報(bào)告以及冷卻水路進(jìn)出口的位置，Next Chapter Manufacturing就能進(jìn)行冷卻水路的重新設(shè)計(jì)，特別是針對(duì)增材制造工藝特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）
整體模仁采用隨形冷卻設(shè)計(jì)，均勻分布的水路使得產(chǎn)品中熱量能在模具注塑過程中均勻快速地分散出去。3D打印完成后，樣件經(jīng)熱處理后消除內(nèi)應(yīng)力，加工精度符合公差要求。（+/- 007）（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）
創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方法能夠通過軟件計(jì)算“生成”最高效的模具設(shè)計(jì)，其考慮了模具在生產(chǎn)過程中所有的動(dòng)作與受力情況，然后根據(jù)輸入條件參數(shù)組合提供數(shù)百種設(shè)計(jì)方案。（圖片來源：Next Chapter Manufacturing）
Jason Murphy, Next Chapter Manufacturing總裁兼CEO：公司的使命是采用標(biāo)準(zhǔn)、可靠的增材制造工藝，如選擇性金屬激光燒結(jié)技術(shù)，創(chuàng)造性地為模具制造商和工程師提供解決方案。公司成立之初，我們就采用選擇性金屬激光燒結(jié)技術(shù)，在不改變現(xiàn)有模具外觀的條件下改進(jìn)并完善設(shè)計(jì)。然而，憑借我在模具設(shè)計(jì)和制造方面的豐富背景（持有certified Master Molder資深模具行業(yè)資格證），目前公司重心已擴(kuò)展到全面的模具設(shè)計(jì)（包括注塑模具、壓鑄模具、機(jī)械手、夾具和自動(dòng)化部件等），以提高速度，縮短生產(chǎn)周期，消除常見的成型缺陷（翹曲、過熱、困氣等），主要應(yīng)用于汽車和醫(yī)療行業(yè)。我們公司專注于制造大體積、多型腔結(jié)構(gòu)，易磨損件的增材制造模具應(yīng)用，主要用于成型高強(qiáng)度工程塑料制品。在這些極具挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，目前還鮮有其他模具公司以3D打印的方式提供解決方案。我們?yōu)榭蛻糁圃斓脑霾闹圃炷＞吣湍p性能十分出色，可以保證百萬模次的生產(chǎn)。這是我們通過與模具廠的緊密合作的結(jié)果，解決了模具制造商的在模具生產(chǎn)時(shí)遇到的困難，并最大限度地提高生產(chǎn)效率（包括提升設(shè)備綜合效率、降低報(bào)廢率和停機(jī)時(shí)間等）。今年，我們?cè)俅螌I(yè)務(wù)重點(diǎn)擴(kuò)展到規(guī)模經(jīng)營(yíng)，并進(jìn)入消費(fèi)品、電子產(chǎn)品和工業(yè)市場(chǎng)。
MoldMaking Technology：在我看來，模具材料對(duì)Next Chapter Manufacturing在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出起著重要作用，請(qǐng)具體說明。
Murphy: 想要成功進(jìn)行模具制造，就必須傾聽模具制造商的訴求。例如，H13一直是制造高品質(zhì)模具的標(biāo)準(zhǔn)材料，但直到最近金屬粉末供應(yīng)商才推出專為增材制造技術(shù)所生產(chǎn)的粉末。加之很多增材制造金屬粉末的 “標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品” 并不是傳統(tǒng)等級(jí)的模具鋼種類，這使得在模具制造過程中采用3D打印技術(shù)變得更加困難。過去，增材制造金屬材料只有1-2種有限類別的鋼材料，并且一般增材制造設(shè)備制造商僅針對(duì)這些材料開發(fā)設(shè)備和工藝參數(shù)。作為一家專業(yè)模具服務(wù)商而非普通3D打印服務(wù)提供商，我們的工作重心是提供最佳模具解決方案，這依賴于正確的材料，用來生產(chǎn)大批量、耐磨損的模具。由于之前模具市場(chǎng)并不是增材制造設(shè)備商和金屬粉末制造商的關(guān)注重點(diǎn)，針對(duì)模具制造量身定做的設(shè)備和粉末也幾乎沒有。與其它市場(chǎng)（如航空航天）相比，模具鋼材料開發(fā)的種類并不多。
選擇性金屬激光燒結(jié)技術(shù)工藝發(fā)展已有幾十年歷史，可以制造非常復(fù)雜的幾何形狀和內(nèi)部冷卻通道，打印成品尺寸精度高，僅需進(jìn)行少量機(jī)加工即可滿足公差精度和表面光潔度要求。我們的獨(dú)特創(chuàng)新是使用高品質(zhì)H13粉末進(jìn)行直接金屬激光燒結(jié)研究，而其它人使用的是馬氏體時(shí)效鋼粉末。這是我們的一項(xiàng)獨(dú)特材料優(yōu)勢(shì)。在我們對(duì)這兩種不同鋼材的研究過程中，從最終樣件的性能表現(xiàn)看，H13樣件性能高于馬氏體時(shí)效鋼20%—25%，所以H13材料更加符合模具制造商和模具工程師的需求，將可以幫助他們?cè)谙嗤杀就顿Y下達(dá)到模具生產(chǎn)的最大效益。
在選擇增材制造設(shè)備之初，我們就決定與華曙高科合作，因?yàn)槿A曙的開源理念”O(jiān)pen for Industry”，這意味著我們可以有足夠的空間針對(duì)具體應(yīng)用開發(fā)定制化的工藝參數(shù)，使我們能高效，高品質(zhì)地進(jìn)行H13以及其它模具鋼粉末材料的打印研發(fā)。華曙獨(dú)特的軟件開源參數(shù)策略使得我們能夠進(jìn)行小批量建造測(cè)試、并不斷改進(jìn)工藝，以進(jìn)一步提高最終產(chǎn)品的穩(wěn)健性和制造速度。華曙設(shè)備為設(shè)計(jì)者提供了無與倫比的操作自由度，來實(shí)現(xiàn)增材制造技術(shù)所能達(dá)到的最有效的模具設(shè)計(jì)——這種自由度，這是其它設(shè)備所不具備的。同時(shí)，我們?nèi)匀徊粩嘣谶M(jìn)行深入的技術(shù)研究，因?yàn)樵霾闹圃焓澜缭诓粩喟l(fā)展，將不斷提供更新、更好、更多元的工藝和材料。我們的目標(biāo)是不斷創(chuàng)新，找尋最契合客戶需求的技術(shù)解決方案，并將其集成到我們的工作流程中——包括前端設(shè)計(jì)，分析到后處理的全部過程。
談到材料，我們也在進(jìn)行模具透氣性結(jié)構(gòu)的研究，采用選擇性金屬激光燒結(jié)技術(shù)制造內(nèi)部多孔的模具鋼部件以增進(jìn)排氣。對(duì)于模具部件來說，其排氣性能與冷卻性能同樣重要，需要在必要的功能部位增加排氣設(shè)計(jì)，而不是“在可以增加的部位”才添加，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)模具的最佳性能至關(guān)重要。這是一項(xiàng)我們正在進(jìn)行中的新研發(fā)項(xiàng)目，因此尚未商業(yè)化。
MoldMaking Technology：您提到您的做事方式是“超越傳統(tǒng)模具?！闭?qǐng)解釋一下。
Murphy: 增材制造（AM）允許我們以不同的方式重新思考一個(gè)模具所需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。模具不需要是圓形或方形，也不再需要典型的斜頂桿、鎖、銷、襯套、分型線等設(shè)計(jì)。從外形上，模具也不一定是一個(gè)巨大鋼塊，我們只需要它來支撐壓力下的負(fù)載。這是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)發(fā)揮的巨大作用，因?yàn)樗紤]了模具將經(jīng)受的所有力，然后根據(jù)任意參數(shù)組合提供數(shù)百種解決方案。所有這些均有助于達(dá)到最有效的模具設(shè)計(jì)。
首先，我們施加注塑/壓鑄壓力，以及滑塊和移動(dòng)部件所經(jīng)受的所有受力條件，然后創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行針對(duì)3D打印制造方式的設(shè)計(jì)優(yōu)化。一般來說，使用創(chuàng)成式軟件的設(shè)計(jì)方案，在質(zhì)量上只有原先的50%左右。盡管增材制造是一個(gè)相對(duì)緩慢的建造過程，但創(chuàng)成式設(shè)計(jì)使我們只需花一半的時(shí)間制造模具，因?yàn)槲覀兊馁|(zhì)量只有原先的一半。將創(chuàng)成式設(shè)計(jì)融入模具制造工作流程，使我們能夠更快獲得解決方案并優(yōu)化增材制造工藝，這比當(dāng)前傳統(tǒng)模具制造方法更具競(jìng)爭(zhēng)力。
MoldMaking Technology：您說雖然所使用的工藝可能不完全都是創(chuàng)新性的，但更重要的是您如何使用技術(shù)為客戶帶來創(chuàng)新解決方案。請(qǐng)舉個(gè)例子。
Murphy: 我們有一個(gè)客戶遇到氣缸控制失效的問題。他們?cè)谶M(jìn)行鋁合金擠壓生產(chǎn)時(shí)，高溫鋁合金使得模具的溫度迅速升高，當(dāng)熱量傳遞到氣缸中時(shí)，導(dǎo)致開關(guān)失效。我們的解決方案是在模具和氣缸中間增加一個(gè)可傳動(dòng)冷卻板，形成一道隔熱屏障。這與模具內(nèi)的隨形冷卻和塑性成形無關(guān)，但它是一種有效的解決方案，減少了停機(jī)時(shí)間。通過切身考慮模具設(shè)計(jì)者和模具制造商每天在生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)，并不斷消除設(shè)計(jì)和制造中的局限，我們可以快速找到 “徹底解決這個(gè)問題” 的正確方案。
MoldMaking Technology：您認(rèn)為公司未來五年的發(fā)展方向是什么？
Murphy: 我們看到了標(biāo)準(zhǔn)化定制的趨勢(shì)，特別是是模具部件的標(biāo)準(zhǔn)化。例如，我們通過PCS公司提供隨形冷卻澆口襯套，減少了設(shè)計(jì)迭代時(shí)間。我們還將重新思考最普通的模具部件，并根據(jù)客戶的具體應(yīng)用進(jìn)行增材制造設(shè)計(jì)，從而更好地滿足客戶對(duì)其全球供應(yīng)鏈中模具鑲件一致性的要求。
