从技术突破到成为新支柱

挑战

除此之外，H&B 公司还投入了约 340 名员工通过注塑工艺生产用于自动化技术的塑料外壳。因为外观也很重要。以 H&B 公司制造的传感器执行器接线盒为例，二极管就位于透明塑料窗之后。对于这种情况，模具就需要许多轮廓精细的随形冷却通道，以便合成材料能够在生产过程中以受控的方式均匀释放热量并快速冷却。这是因为如果冷却太慢，在该应用场景中所用的合成材料就会变为乳 状。对于注塑冷却普遍适用的是：尽可能快且均匀。均匀冷却可确保质量，快速冷却则可缩短循环时间，从而降低单件成本。

该公司此前曾使用过没有随形温控的模具，但塑料窗总是模糊不清，废品率也居高不下。虽然 H&B 公司的模具专家长期以来一直将具有随形温控的 3D 打印嵌件用于各种模具之中，但目前可用于 L-PBF 工艺的时效处理钢材并未令他们满意，尤其是 1.2709 钢。因此我们决定在自有的 3D 打印机上使用耐热工具钢 1.2343 进行增材制造，这种钢材在模具厂商中颇具名气且广受欢迎。

相较于时效处理钢材 1.2709，这种调质钢 H11（1.2343）带来了更多优势，例如在耐磨性、导热性、热硬度、耐热性和可抛光性方面。它的最终材料性能是通过调质处理进行调整的，因此这种钢材更适合应用于模具制造。但其碳含量较高，导致可焊性不佳，因此对所用的 L-PBF 工艺具有严格的要求。

解决方案

这正是通快 TruPrint 5000 的用武之地：通过进行 500°C 预热，该机可以妥善加工诸如 1.2343 之类的含碳工具钢。TruPrint 5000 会将基板加热至 500°C，并在增材制造的过程中将基板和已被打印的基材维持在该温度下。这样就可防止在粉末被激光束熔化后，凝固材料的温度下降并导致形成硬而脆的马氏体。市面上常见的 3D 打印机虽然可实施 200°C 预热，但还不足以实现此类的温度曲线控制。最坏的结果就是打印出一个裂纹交织且无法使用的零部件。

Thomas Weinmann 还有额外的收获，他高兴地说：“由于增材结构（局部生成的熔池、底层的多次局部重熔以及激光轨迹的逐层旋转）我们获得了与传统电渣重熔（ESR）工具钢类似的细晶粒状金属组织”。

实施

传统减材制造技术遭遇极限之处，正是增材制造技术的用武之地。通过选配 Preform Basic，H&B 公司就可将两种工艺的优点结合起来。例如，H&B 制造的模具芯在底部区域具有一部分垂直向上延伸的温控通道，且在该区域内可实施常规钻孔。但后续部分的温控通道也必须通过增材制造进行加工，因为无法在拐角处钻孔。

H&B 公司采用传统的减材制造式底板来生产模具芯。该底板被装备到 3D 打印机中后，机床内置的摄像头就会校正底板和待打印的几何形状。如装备有多块底板，则甚至可以单独校正每个部件。随后就开始进行增材制造。“使用混合工艺制造的零件可节省大量打印时间，从而节省打印成本，这是因为打印体积已被显著减少。对于我们的首批模具芯之一，打印成本方面的节省潜力约为 42%”，Thomas Weinmann 说道。

Thomas Weinmann 及其团队还仔细研究了在预制批件上进行构建时的一个要点：传统方式制造的底板与 3D 打印零件之间的完全契合。“我们在传统电渣重熔（ESR）工具钢 1.2343 上进行 3D 打印。即使通过显微镜观察，也未发现任何间隙、裂缝之类的问题。他解释说：“我们通过这种混合工艺制造的零件，其材料是绝对契合的”。

得益于 3D 打印技术，均匀快速释放工艺热量所需的随形冷却已并非难事，因为有了该技术，此前无法想象的冷却通道走向几乎可在任何位置实现。  使用传统技术可能无法制造出这样的模具芯。甚至是对于保守的模具技术无法生产或只能以牺牲质量的方式生产的塑料模制件，3D 打印技术通常都不再话下。

展望

得益于 TruPrint 5000，H&B 公司满足了自身对质量和经济效益的要求。总经理 Hans Böhm 说：“一般来说对于这样一笔投资，人们必须仔细斟酌。但因为我们熟悉技术，所以这种事情对我们来说很轻松。我们发现在金属 3D 打印领域存在巨大机遇。实际上在最开始，我们关注得更多的是质量而非成本”。对他来说，这项技术以及 TruPrint 5000 将带来彻底的改变，因为它涉及的并非普通金属，而是工具钢。  因此对于 H&B Electronic 公司的这位企业家来说，采用 3D 打印技术进行工具和模具制造作为最初的技术突破会在不久的将来发展成为新支柱，这是理所当然的。现已迈出了第一步。

版本日期：2023.09.26