H13模具钢3D打印工艺助力模具行业应用

　　H13是一种应用广泛的模具钢，具有良好的抗冲击性、耐热性和耐磨性。与其它等级模具钢相比，H13在高温条件下韧性和稳定性更优，适合于制作各种热加工和冷加工模具。H13模具钢广泛应用于制造冲击载荷大的压铸模、热挤压模、高韧性及高抛光(可表面处理至A1级)注塑模具。

　　由于H13模具钢的碳含量较高，传统方法难以焊接加工，采用标准金属选择性激光烧结工艺参数也很难实现烧结。碳元素非常容易在激光烧结中蒸发并污染粉床表面，以致打印部件出现内部缺陷、孔隙、热裂纹等问题，特别是在应力集中的区域。

　　为了寻求H13模具钢的最佳打印方案，华曙高科应用研发团队与美国模具行业合作伙伴Next Chapter Manufacturing携手，合作开发H13工艺参数，采用金属激光烧结技术生产高性能模具。

　　双方合作的一个典型应用即斜销，斜销主要用于成型内部有倒钩结构的产品，在生产过程中起冷却和顶出的作用。在斜销上增加1/16英寸NPT随形水路设计(如图1)，并采用华曙FS271M设备打印，Next Chapter Manufacturing在8天内即可交付4个斜销。斜销可直接替换应用于模具中进行生产，全新的随形水路结构有助于提高冷却效率，消除注塑成品翘曲现象。在生产条件不变的情况下，通过增材制造优化设计的斜销提高了产能，将生产周期从48秒减少到30秒，每年节约成本10万美元。

　　“在选择增材制造设备之初，我们就决定与华曙高科合作，因为华曙的开源理念意味着我们可以有足够的空间针对具体应用开发定制化的工艺参数，使我们能高效、高品质地进行H13以及其它模具钢粉末材料的打印研发。华曙独特的软件开源参数策略使得我们能够进行小批量建造测试，并不断改进工艺，以进一步提高最终产品的稳健性和制造速度。华曙设备为设计者提供了无与伦比的操作自由度，实现增材制造技术所能达到的最有效的模具设计——这种自由度，这是其它设备所不具备的。”

　　目前，华曙应用研发团队通过大量测试，开发H13模具钢打印工艺参数，包括激光功率、扫描策略、内部应力释放和热处理等。优化的工艺参数有助于防止烧结时产生热裂纹(如图2)，并确保部件的相对密度达到99.0%以上。华曙增材制造H13部件的机械性能优异，与H13锻造件的机械性能基本相当，打印态硬度约为50HRC(如表1)。优异的增材制造H13部件性能，以及华曙开源参数策略，为用户提供了进一步开发最适合模具应用工艺的自由度。

　　表1：H13锻造件与华曙金属激光烧结件的机械性能对比(研发中)

　　秉承“Open for Industry”开源理念，华曙高科致力于为行业客户提供全系列增材制造解决方案，尤其适合第三方新材料的工艺开发。截至目前，华曙高科已成功研发钨、钽、纯铜、马氏体时效钢18Ni300和镍基高温合金等16种金属粉末材料烧结工艺，为航空航天、汽车、模具、医疗、齿科等行业提供了众多轻量化、功能化、定制化的金属增材制造解决方案。