當(dāng)一個(gè)模制魏宽、鍛制庶灿、壓鑄或沖壓的零件改變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，用于制造這些零件的模具也需要改變窄做。直至最近愧驱，在對(duì)一個(gè)模具進(jìn)行重大改變中涉及的困難和花費(fèi)，經(jīng)常使得制造一個(gè)新的比修改舊的椭盏，還更具有成本效益组砚。但如果通過(guò)使用結(jié)合激光和粉末金屬的過(guò)程，便能改變這種狀況庸汗。

　　這個(gè)過(guò)程惫确，或稱(chēng)之為激光粉末熔接、激光粉末淀積也隧、直接金屬淀積或粉末金屬淀積流沦，是用一種高能激光，在基底表面，例如一個(gè)模具的表面邢窜，產(chǎn)生一個(gè)小的熔化池叮盲，同時(shí)一個(gè)匯聚的細(xì)磨金屬顆粒流注入熔化池，以增加材料的體積丘隙。金屬顆粒熔融并與基底金屬接合只忿，形成固有層。通過(guò)這樣一層一層的疊加伶离，將一個(gè)舊的模具填充成一個(gè)新的禾膀、能夠接近最終所需形狀，并能加工到滿(mǎn)足公差要求的新模具诺教。

　　在這過(guò)程中驹柴，有很多種粉末材料可供使用，包括鈦碗帅、不銹鋼夹厌、工具鋼、金屬碳化物裆悄、iconel和其它稀有合金矛纹。因?yàn)椴牧虾芸炖鋮s，并且凝結(jié)成微細(xì)粒度的微觀結(jié)構(gòu)光稼，因而它們比鍛制材料強(qiáng)度更高或南，不失延展性。淀積的材料能匹配基底金屬钟哥，逐漸或急劇過(guò)渡到不同的材料迎献，形成真正的冶金接合。施加粉末的量和形式腻贰，可以通過(guò)軟件控制噴嘴進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)。

　　由于激光產(chǎn)生的熱特別局限扒秸，所以模具的變形不成問(wèn)題播演。這過(guò)程使模具的重新裝備更有成本效益，并給模具設(shè)計(jì)師提供新的機(jī)遇伴奥。該過(guò)程的另一個(gè)特點(diǎn)是它可以容易地給模具加上以前不可能有的特性写烤，例如：傳統(tǒng)的方法是冷卻道在制造以后，在工具上鉆孔颂睛，而且限于直線通道培车。而這種新的過(guò)程，模具上可以加上復(fù)雜的冷卻道车咕，符合零件的形狀割钧，加快冷卻，減少了生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間。

　　如今比以前能更有效地把導(dǎo)熱材料加到模具上衔侯。如果一個(gè)銅陽(yáng)模裝入一個(gè)鋼模具中蝉嘲，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)相差很大，在模制過(guò)程中迈枪，模具的熱循環(huán)痛的，使兩種材料之間急劇傳熱，會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力违酣。如使用這過(guò)程梆栏，從一種材料逐漸傳到另一種材料，減少了零件在材料界面損壞的可能性受啥。

　　這過(guò)程也能用來(lái)涂敷涂層和進(jìn)行表面修整做个，免去傳統(tǒng)涂層和電鍍技術(shù)所固有的多孔性，而且涂層厚度或材料成分沒(méi)有限制腔呜。關(guān)于這過(guò)程的研究叁温，始于二十世紀(jì)八十年代。在八十年代末期核畴，general electric專(zhuān)利的一種型式膝但，已經(jīng)被美國(guó)南卡羅來(lái)納州的huffman corporation公司使用，用于制造和修理燃?xì)廨啓C(jī)零件的系統(tǒng)谤草。這些huffman 系統(tǒng)被general electric跟束、pratt &whitney、rolls-royce north america丑孩、honey-well international和許多其它零件制造廠和修理廠使用冀宴。huffman也開(kāi)發(fā)了許多系統(tǒng)，用于醫(yī)療植入管和工具插入物温学。

　　自從二十世紀(jì)九十年代略贮，在政府基金的支持下，許多學(xué)術(shù)研究所和研究實(shí)驗(yàn)室都巳對(duì)這過(guò)程作進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)仗岖。通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)辽儆袃蓚€(gè)公司已經(jīng)基于這些研究開(kāi)發(fā)出了商品化的系統(tǒng)梯盹。

　　美國(guó)新墨西哥州阿爾伯克基(albuquerque)的optomec， 在sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室完成的研究的基礎(chǔ)上欲堪，創(chuàng)造了它的激光設(shè)計(jì)凈形(lens)系統(tǒng)约绒。激光設(shè)計(jì)凈形(lens)系統(tǒng)的首個(gè)商業(yè)版在1998年發(fā)貨。最近兩年涯蜜，美國(guó)軍方在阿拉斯加州安尼斯頓(anniston, ala.) 的安尼斯頓軍需庫(kù)巳經(jīng)使用了一個(gè)optomec系統(tǒng)痛主，用于修理abrams m1坦克的汽輪機(jī)零件。optomec主要重點(diǎn)是航天航空工業(yè)烙锉，但也供應(yīng)其它應(yīng)用系統(tǒng)蚂芹。

　　第二家公司——美國(guó)密歇根州的pom公司已經(jīng)商品化一種版本的技術(shù)是密歇根大學(xué)開(kāi)發(fā)的直接金屬淀積。pom的主要重點(diǎn)是工藝裝備行業(yè)，他們的過(guò)程開(kāi)發(fā)小組為用戶(hù)提供先進(jìn)的工藝裝備氧液、工藝裝備重建和工藝裝備重新組態(tài)跟媚，而他們的機(jī)器設(shè)計(jì)和制造組為特殊用戶(hù)應(yīng)用和行業(yè)需要，設(shè)計(jì)沧仿、制造和安裝直接金屬淀積系統(tǒng)箍秧。

　　pom已經(jīng)完成的工作的一個(gè)實(shí)例涉及到模具，該模具用于美國(guó)通用汽車(chē)的制造馁筐，即在近期型號(hào)的汽車(chē)保險(xiǎn)杠上增加鹵素?zé)敉空佟om能用它的直接金屬淀積法，在老的保險(xiǎn)杠模具上淀積新的材料敏沉，然后果正，將它加工成新形狀，這樣節(jié)省了通用公司制造一套新模具的成本盟迟。

　　另一家公司——美國(guó)fraunhofer公司也與密歇根州立大學(xué)合作秋泳，在用戶(hù)工廠進(jìn)行新產(chǎn)品、工藝和應(yīng)用開(kāi)發(fā)攒菠，包括設(shè)計(jì)和生產(chǎn)與試驗(yàn)系統(tǒng)的集成迫皱。fraunhofer主要是工藝過(guò)程研究和開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，也進(jìn)行生產(chǎn)辖众。迄今卓起，他們已經(jīng)發(fā)運(yùn)了用于表面硬化的系統(tǒng)，但不是用于模具修理凹炸。

　　雖然這些公司的研究都是基于同一基本原理戏阅，但是，在此基礎(chǔ)上运诺，每家公司都已各自開(kāi)發(fā)并繼續(xù)開(kāi)發(fā)自己的專(zhuān)利元件和技術(shù)做法。每個(gè)系統(tǒng)的核心是一個(gè)激光器。

　　“現(xiàn)在使用的有4種不同的激光器幢垮，”optomec的激光設(shè)計(jì)凈形系統(tǒng)(lens)產(chǎn)品經(jīng)理richard grylls說(shuō)瓮窑。”co2和nd:yag(摻釹釔鋁石榴石)是較老的技術(shù)队屋，直接二極管和光纖維激光器較新。直接二極管激光器需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)妖啸，把它們集成到激光設(shè)計(jì)凈形(lens)系統(tǒng)卵手，而光纖維激光器不需維修，容易使用高坚，消耗品也不需像co2激光器那樣诫列，效率至少是老激光器的2倍。

　　“使用馬薩諸塞州oxford的ipg的光纖維激光器。我們的效率提高了25%以上剂东，這對(duì)于激光器來(lái)說(shuō)是很高的迂卢。它們與材料有很好的偶合性，激光質(zhì)量特別高桐汤。這就使我們很容易把他們的激光器用于我們的光學(xué)和其它元件中而克。”

　　huffman已經(jīng)使用co2和nd:yag兩種激光器怔毛，在它的最新系統(tǒng)中將使用ipg光纖維激光器员萍。fraunhofer在它的最新系統(tǒng)中也使用ipg激光器，而pom使用德國(guó)激光器制造廠trumpf group 的co2激光器拣度。

　　用于焊接的激光器功率范圍在100瓦到400瓦之間碎绎，而最近用于粉末熔接的激光器功率范圍為1千瓦到5千瓦，功率大10～12倍抗果，通常是一個(gè)系統(tǒng)中最貴的元件筋帖。

　　激光粉末熔接系統(tǒng)中的另一個(gè)重要元件是控制激光器工具路徑的軟件。工具路徑通常通過(guò)切片分層cad設(shè)計(jì)來(lái)決定冤馏，然后編程激光器日麸，一層一層堆上材料。但是宿接，許多應(yīng)用需要更復(fù)雜的軟件赘淮。

　　“我們修理的渦輪葉片無(wú)論何處都不再接近它們?cè)璫ad檔案的形狀，”hulfman公司總裁roger hayes說(shuō)醇盏∏蛔澹”因此，我們對(duì)每個(gè)葉片都要作逆向工程秘乍。我們的視頻系統(tǒng)掃描葉片羽折，與cad原形作比較，然后崖郎，基于特定葉片的凈差巍樟，開(kāi)發(fā)激光器的獨(dú)特路徑。軟件大約需要1秒來(lái)計(jì)算工具路徑写雾，然后我們能開(kāi)始焊接捍幽。我們開(kāi)發(fā)視頻和逆向工程系統(tǒng)花了很長(zhǎng)時(shí)間，但這是需要的蓬抖，因?yàn)槲覀兛偸巧婕昂軓?fù)雜的形狀衩缘。”

　　有興趣使用這種新技術(shù)的公司有3個(gè)選擇：雇用上述4家公司之一肝浴，以服務(wù)的形式展開(kāi)該工作延都；自這些公司買(mǎi)一個(gè)系統(tǒng)雷猪，內(nèi)部做這項(xiàng)工作；或開(kāi)發(fā)他們自己的專(zhuān)利系統(tǒng)晰房。而開(kāi)發(fā)一個(gè)專(zhuān)利的系統(tǒng)并不是件容易的事情求摇。

　　“準(zhǔn)確了解怎樣操作這個(gè)過(guò)程，比只有一臺(tái)機(jī)器更重要殊者，”hayes說(shuō)与境。“我們能把一臺(tái)機(jī)器給某個(gè)單位幽污，他們用10年嚷辅，但可能仍不能正確使用【辔螅”

　　當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)好時(shí)簸搞，它能高質(zhì)量工作，每天工作24小時(shí)准潭，每周工作7天趁俊，但調(diào)整要花些時(shí)間。anniston軍方的軍需庫(kù)完骑，提取它的第2臺(tái)optomec系統(tǒng)時(shí)剩跛，即使它當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了兩年多使用第一臺(tái)機(jī)器的經(jīng)驗(yàn)，但它仍然在4個(gè)月之后才把第2臺(tái)機(jī)器調(diào)整好谢佩。這是很正常的优狡，因?yàn)橐旰玫卣{(diào)整好一個(gè)特定的過(guò)程是很復(fù)雜的。 中國(guó)國(guó)際模具網(wǎng)
當(dāng)一個(gè)用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)绷举，他們不僅買(mǎi)了一臺(tái)機(jī)器和軟件铣瞒。每個(gè)公司都要與它的客戶(hù)合作，來(lái)共同開(kāi)發(fā)生產(chǎn)客戶(hù)零件所需的工藝過(guò)程嘉散。這公司經(jīng)常要在該客戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)安裝系統(tǒng)腔资，與客戶(hù)合作完善這過(guò)程，從而當(dāng)客戶(hù)簽收系統(tǒng)時(shí)完憨，他們需要作的只是按按鈕和開(kāi)始生產(chǎn)合格的零件淡厦。

　　ipg已經(jīng)推出它的光纖維激光器的分束器。該裝置能使用若干激光驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)巫庵，同時(shí)由一個(gè)激光器來(lái)運(yùn)行⌒遥現(xiàn)今有可能通過(guò)從激光器到各種機(jī)器的光纖維電纜，同時(shí)只從一個(gè)光纖維激光器來(lái)運(yùn)行激光刀右冻、激光熔接機(jī)和幾個(gè)激光粉末熔接系統(tǒng)穿扳。這就能把該激光器的高成本分?jǐn)傇趲着_(tái)機(jī)器上，每臺(tái)機(jī)器不需要專(zhuān)用的激光器国旷。

　　該技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟矛物，但它正在發(fā)展成為一種獨(dú)持的工具模具制造廠、模具修理廠和其它廠家能有成本效益地解決加工問(wèn)題跪但。而這些問(wèn)題的解決至今仍然需要很高成本或以前根本無(wú)法解決履羞。

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