直接金屬激光燒結(jié)工藝（DMLS）已經(jīng)存在了十多年，在這期間，全世界已有150多臺設備在使用（該設備的數(shù)量應該是截止到2007年底的統(tǒng)計數(shù)字——譯注）。直接金屬激光燒結(jié)是一種用于批量生產(chǎn)注塑件模具和制造金屬產(chǎn)品的工藝，也可用于諸如擠出或吹塑成型與其它塑料加工工藝的技術。
采用粉末合金鋼
采用直接金屬激光燒結(jié)工藝也可以制造例如設有最佳熱流道這樣復雜幾何形狀的模具，不同的金屬粉末構(gòu)成原材料。在模具制造中，認同采用EOS馬氏體時效鋼MS 1材料。這種材料是一種細顆粒合金粉末狀的馬氏體時效鋼。它的化學成分符合歐洲材料分類編號1.2709的成分，相當于德國的X3NiCoMoTi 18-9-5。
這種類型的鋼具有特別好的機械性能以及簡易的后處理性能，
這種材料通過淬火，其強度可以達到1950 MPa，硬度達50～54HRC。模芯最大尺寸為250mm×250mm×180mm。
這種分層堆積制造工藝的一個用戶是位于Kornwestheim的LBC公司。這個服務供應商在2002年由工程師Ralph Mayer和Marc Dimter先生建立。公司的定單來自模具制造、醫(yī)療技術、工具、鋁鑄造和壓力鑄造以及注塑等企業(yè)。目前，LBC公司的激光技術主要應用于下面三個領域：
● 生產(chǎn)注塑件和金屬壓鑄件的模具。
● 快速模具制造，在快速模具制造時，在開發(fā)階段就可以由今后所用的原材料制成的零件來進行注塑。
● 為快速和柔性制造樣件提供服務。
Ralph Mayer先生說：“特別是對于大批量生產(chǎn)用的模具，直接金屬激光燒結(jié)工藝有著顯著的優(yōu)勢，這就是可以在貼近輪廓表面以幾乎是任意的幾何形狀和布置來設置冷流道，通過最佳的溫度調(diào)控使注塑件的塑料充填得非常均勻。在生產(chǎn)周期上我們可縮短60%以上。”
圖1 激光燒結(jié)設備：直接金屬激光燒結(jié)設備Eosint M 270工作區(qū)一瞥。
在這里，直接根據(jù)CAD數(shù)據(jù)逐層地生成金屬產(chǎn)品的模芯。
常規(guī)工藝和直接金屬激光燒結(jié)工藝采用混合坯料
在直接金屬激光燒結(jié)工藝應用于混合應用時，LBC公司認識到其具有很大的應用潛力，即產(chǎn)品有某一部分是采用常規(guī)工藝制造，而另一部分則是采用激光工藝制造。
把支座最佳地劃分成混合坯件，在客戶提供的三維數(shù)據(jù)的基礎上，通過CAD完成直接金屬激光燒結(jié)的柱體。在柱座范圍內(nèi)，基體件的座體可以十分簡單地用常規(guī)工藝制造，由于這個原因，同客戶商定了尋求采用優(yōu)化成本的解決辦法。在這里，也就是采用了稱之為“混合”的解決辦法，此時由客戶提供用常規(guī)工藝制造的坯件。
避免在模具內(nèi)部產(chǎn)生應力
常規(guī)工藝和直接金屬激光燒結(jié)工藝進行混合制造時，構(gòu)件的交接平面應盡可能選擇離頂部距離較遠處。在這里，特別重要的是，兩個構(gòu)件最好是用同一種材料制造，這樣就可以避免在熱膨脹系數(shù)方面的差別，并由此避免在模具內(nèi)部產(chǎn)生應力。如果是采用了不合適的材料，對于較大尺寸的構(gòu)件，由于材料編號為1.2709的材料有非常均勻的組織，可能會產(chǎn)生應力裂紋。
圖2 冷卻柱：通過直接金屬激光燒結(jié)僅在30小時內(nèi)生成有著200個冷卻柱和內(nèi)部冷流道的這種零件。在注塑過程中，冷卻柱用來更好進行冷卻和縮短生產(chǎn)循環(huán)時間。節(jié)省了50%的生產(chǎn)費用
采用直接金屬激光燒結(jié)工藝從坯件到制成構(gòu)件，由于激光燒結(jié)成的是一種均質(zhì)的組織，基本上只是在未經(jīng)過加工的構(gòu)件表面可以看到過渡區(qū)。客戶得到的效果是：對于一個設有最佳貼近輪廓的冷流道的模具，其制造費用可節(jié)省50%。一個來自美國密執(zhí)安州的企業(yè)Linear Mold & Engineering也是采用了直接金屬激光燒結(jié)工藝，通過采用這種激光工藝，這個模具制造廠還可更有效的生產(chǎn)大型注塑模。以前，鋁質(zhì)模芯是利用CNC銑削進行加工和手動修磨，或者制成環(huán)氧樹脂模具。通過采用激光燒結(jié)技術，可以縮短制造時間和降低加工費用，并較少需要采用CNC加工和電火花加工。
從那時起，Linear公司充分利用直接金屬激光燒結(jié)工藝來制造模芯、滑塊、活動型芯、導軌和其他零件。這樣，公司可以由CAD數(shù)據(jù)直接采用分層堆積工藝來制造模具的零件、模芯、鑄造澆口和其它的構(gòu)件，而不必動用常規(guī)的CNC加工工藝。遇到大型模具的制造時，在零件部分，可以采用直接金屬激光燒結(jié)工藝制造模芯，而只是銑削模具的模腔。這樣，總體來說，也可以減少CNC加工時間。此外，直接金屬激光燒結(jié)工藝的應用在很大程度上替代了電火花加工。然而，還是有可能采用傳統(tǒng)的電火花方法來加工較小的零件。取消了諸如鉆孔和刮研等附加加工工序；在CAD數(shù)據(jù)中也包含有螺紋的數(shù)據(jù)。
圖3 模芯：生產(chǎn)注塑模的模芯，也為水泵殼體提供模芯。模芯采用EOS馬氏體時效鋼MS1料并設有冷流道。這種材料的硬度可達54HRC。
開發(fā)和設計有了新的選項
Linear公司特別希望在設計方面有更好的靈活性：即可以單件制造鑄造澆口——模芯。同時，制造廠家即使是對于較小、較難冷卻的活動型芯，在其上面也可以集成一個內(nèi)部冷卻管道或者是可以安裝必要的滑塊。
直接金屬激光燒結(jié)工藝提供了一個理想的新產(chǎn)品開發(fā)或現(xiàn)有產(chǎn)品改進和應用的平臺，基于產(chǎn)品是通過分層堆積的方式來制造，這就有可能改變產(chǎn)品的幾何形狀和材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這所有的一切，在設計和優(yōu)化構(gòu)件性能時又創(chuàng)造了新的可能性。此外，還可以通過直接金屬激光燒結(jié)技術來構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)，或者構(gòu)建優(yōu)化承載能力的填料式結(jié)構(gòu)等。
采用激光技術，這在設計模具或產(chǎn)品中開創(chuàng)了一個新的途經(jīng)，激光技術可提供的較短的生產(chǎn)時間和更好的柔性，使新產(chǎn)品開發(fā)時間變得越來越短、變型品種愈來愈多的情況下，成為進行經(jīng)濟生產(chǎn)的另一個關鍵因素。
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