降本享处、提質(zhì)、增效的實踐是模具企業(yè)持續(xù)提升競爭力的不二法門铡喊，而基于選區(qū)激光熔化工藝的金屬增材制造-3D打印技術(shù)為實現(xiàn)這些目標提供了新的可能性喝撒。利用3D打印的異形水路和氣路來改善模具質(zhì)量，在整個注塑周期內(nèi)降低成本的做法已經(jīng)普遍被行業(yè)接受诅岩。

盡管如此讳苦，由于用戶初期擔(dān)心粉末性能、成本和在模具制造行業(yè)缺乏應(yīng)用知識吩谦，模具制造領(lǐng)域的增材制造應(yīng)用速度仍較緩慢医吊。通常，模具制造商的風(fēng)險意識都較強逮京，也需要在生產(chǎn)注塑模中保持最低成本的優(yōu)勢，模具制造商承擔(dān)的壓力相當(dāng)大束莫。如果在模具中使用增材制造的模仁懒棉，其優(yōu)勢十分明顯，但同時也增加一定的成本览绿。那么策严，是否可以既應(yīng)用3D打印技術(shù)又降低模具整體成本呢？ 當(dāng)然可以!嫁接打印工藝應(yīng)運而生饿敲。

GF 加工方案在《金屬增材制造嫁接打印應(yīng)用》研討會中妻导，以模具應(yīng)用為切入點，剖析了嫁接打印的應(yīng)用意義怀各、嫁接打印的挑戰(zhàn)央垢，嫁接打印底座材料及熱處理，并分享了一種利用監(jiān)控實現(xiàn)嫁接打印的新方法及應(yīng)用案例士挽。該方法對于實現(xiàn)嫁接3D打印部分與原模具準確對接泞征，保證嫁接模具的質(zhì)量具有重要意義。

▲?GF 加工方案

嫁接打印的最大障礙-定位

嫁接打印是指并非從零開始您脂，而是在現(xiàn)有的材料上完成零件增材制造過程无俏。底材一般是通過銑削加工減材制造，而在其上3D打印的部分是增材制造蛀田。所以猿饿，有些人也將這種制造方式稱為混合制造褂洽。

在客戶應(yīng)用端，嫁接打印的需求從來都沒有停止過耀骆，而且呈現(xiàn)增長趨勢痛祈。嫁接打印最開始的發(fā)展是出于降低成本的考慮，比如在模具行業(yè)擅揖，只有在部分需要優(yōu)化水路的部分采用3D打印隨形水路蔚便，而在沒有熱量堆積的部分，使用傳統(tǒng)的直水路豌蟋，這樣的混合制造可以有效的降低模具的制造成本廊散。

隨著3D打印應(yīng)用類型的不斷增加，有些模具制造用戶意識到梧疲，如果用3D打印制造大塊且密實的結(jié)構(gòu)允睹，不但打印時間長，而且內(nèi)應(yīng)力集中幌氮，零件中大塊且密實的結(jié)構(gòu)更適合減材加工缭受。因此，對于這種零件该互，只在必要部分使用3D打印米者，也就是使用嫁接打印的呼聲很高。

/ 兩種不同材料能嫁接在一起嗎宇智？

了解焊接技術(shù)的用戶能夠了解嫁接打印的底材和嫁接材料應(yīng)該是選用同一種材料蔓搞。但是，在實際使用過程中仍然有很多困難随橘。因為傳統(tǒng)的材料喂分，比如鋼材的牌號非常多，而金屬3D打印能使用的材料則非常少协伴。那么不同牌號的鋼材在嫁接后的強度是否能滿足要求吱裙，成了客戶較大的疑問。

粉末床3D打印需要使用基板完成制造杨趣〕艟保基板的使用實際上也是一種嫁接打印的過程，只不過嫁接底材相對面積大且平整凡搪。

從理論上說硼挡，當(dāng)基板與零件使用同種材料，保證受熱和冷卻后材料的收縮率一致仓泣，零件才不會開裂版绢。但是實踐與理論有所不同，比如說在打印不同鋼材和高溫合金的時候可以使用鋼基板苏涧，就說明絕大部分的鋼材和可使用的高溫合金材料在3D打印過程中收縮率差距不大玄冬。

在嫁接打印領(lǐng)域第哲，也可以套用這個理論。并不是理論上認為的颜懊，只有同樣的材料才可以嫁接在一起财岔，實際上可相互兼容的材料范圍更為廣泛。

/ 定位

嫁接打印的技術(shù)難點在于定位河爹。3D打印的工作面積要與底材完全重合匠璧，不然就會產(chǎn)生錯位。如果零件內(nèi)部有流道咸这，定位錯誤會引起的流道錯層夷恍，從而導(dǎo)致零件不能達到設(shè)計要求。對于要求高的零件媳维，尺寸公差小于0.1mm才是有效的嫁接酿雪。

▲內(nèi)部水路錯位

?GF 加工方案

在進行嫁接打印的過程中，除了XY方向的定位精度侄刽，Z軸的定位一直是易于被忽略的指黎。對嫁接打印開展了一定探索工作的用戶，自己開發(fā)的嫁接方式大多只兼顧了XY方向的定位州丹，對于z軸的定位缺乏科學(xué)有效的手段醋安，主要靠目測和手感。

▲平面度不好會導(dǎo)致局部融合問題

?GF 加工方案

預(yù)埋深度定位不精確還是小問題墓毒，大部分開裂和漏水的原因還是底材的平面度沒有調(diào)整好接碘，導(dǎo)致嫁接后局部位置融合出現(xiàn)問題，導(dǎo)致應(yīng)力集中引發(fā)的疲勞性失效室午。

接下來簡要介紹幾種常見的嫁接打印零件定位方式。

四種常見定位方式

有研發(fā)能力的制造用戶紛紛開始自己著手開發(fā)解決方案栋负。目前主流的方法主要有四種孔菱，分別是真空焊接、馬克筆定位倒忌、膠水定位法和夾具定位法撕星。

/ 真空焊接

焊接是最直觀的解決方案開發(fā)的思路。焊接作為最傳統(tǒng)的連接兩個零件的方式涉床，也自然成為最容易采用的解決方案唧窄。

▲真空焊接的混合制造零件

?GF 加工方案

在眾多的焊接方式中，真空焊接有著較為成熟的應(yīng)用迅忆。通過高溫高壓將兩個部件融合在一起究惨，強度和精度都有很好的保證。但是苇裤，真空焊接的缺點是治拿，要求兩個部分都有較大的平行平面摩泪，才能通過機械壓力將其結(jié)合。如果劫谅，零件結(jié)構(gòu)不能滿足要求见坑，比如尖頂，就不能使用真空焊接的方式焊接捏检。而且荞驴，真空焊接只能焊接一層，如果是多層的結(jié)構(gòu)贯城，一般都會出現(xiàn)疲勞性的問題熊楼。

/ 馬克筆定位

馬克筆定位法是將底材的表面用馬克筆涂成黑色，然后裝入設(shè)備冤狡，在不鋪粉的情況下孙蒙，使用激光燒結(jié)一層。被燒結(jié)的部分由于受熱顏色揮發(fā)悲雳，漏出金屬本來的顏色挎峦，沒有被燒結(jié)到的地方仍然是黑色。通過不斷的調(diào)整位置俊瞬，最后完成定位危葵。

▲將底材嫁接面涂黑

?GF 加工方案

馬克筆定位法與其說是一種定位的方式，不如說是一種驗證的方式兑蹈。用戶通過窮舉法不斷的驗證設(shè)計位置完成定位蠢缚。雖然略顯笨拙，但是十分有效污祭。這個頗具艱苦時期革命浪漫主義氣息的解決方案锐校，在嫁接打印最初發(fā)展的幾年立下了汗馬功勞。其定位精度和效果可圈可點慨蜒，現(xiàn)在仍然有不少用戶在使用此方法矮按。

/ 膠水定位法

馬克筆定位法雖然有效，但是效率太低歉羹，一旦嫁接打印零件上量后膨泄，勞動強度較大。為了解決這個問題帅挫，快速實現(xiàn)底材定位段丸，催生了膠水定位方法。

首先要將底材和要嫁接的部分當(dāng)成一個零件去考慮抡草。做成三維模型饰及，用這個模型在基板上只打印1-2層，這樣基板上就會留下底材底面的外輪廓（實際是有實體的康震，但是這種定位方法只需要輪廓）旋炒。再將底材用膠水粘在基板上步悠，與這個輪廓重合。預(yù)埋調(diào)平后瘫镇，讓設(shè)備從嫁接層開始打印就完成了定位鼎兽。

這種定位方式的好處就在于將兩個零件作為一個零件考慮，一次操作就可以完成定位铣除，不需要反復(fù)調(diào)整谚咬，減少了很多工作強度。

/ 夾具定位法

在減材加工和測量領(lǐng)域尚粘，零點定位是一個基本的概念择卦。夾具也是在零點定位的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的成熟定位工具。

3D打印機在升降平臺上基板的正中心也是XY=0的位置郎嫁。那么通過設(shè)計專用的夾具秉继，也是可以完成XY定位的。特別在一些量產(chǎn)的嫁接打印零件領(lǐng)域源相，用戶自研夾具的比例非常高折司。而且，其夾具都是用3D打印機直接打印出來的下乱，一次定位耿把，反復(fù)使用。

▲GF加工方案增材制造專用夾具

?GF 加工方案

GF加工方案專利技術(shù)3R系列增材制造專用夾具也是用戶的首選条肢，不僅可以快速的定位嫁接件舍仙，還可以直接銜接銑床，完成后處理減材加工的零點定位稀忘。

利用熔池監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)孔定位

GF加工方案還為嫁接打印的應(yīng)用開發(fā)了使用監(jiān)控定位的解決方案云钻，利用其金屬3D打印設(shè)備（例如DMP Flex 350）中的熔池監(jiān)控系統(tǒng)，用科學(xué)的方法實現(xiàn)快速扣筛、精確定位的目的聋寻。

目前基于選區(qū)激光熔化工藝的3D打印設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)大多由影像的鋪粉質(zhì)量監(jiān)控和利用光電二極管收集熱輻射數(shù)據(jù)的熔池監(jiān)控兩大主要系統(tǒng)組成光叉。熔池監(jiān)控不但能采集粉床上的熱輻射數(shù)據(jù)，還能給出輻射點的XYZ坐標挚躯。使用監(jiān)控定位底材正是應(yīng)用了這個原理强衡。

在這一方法中，實現(xiàn)定位先要在底材上鉆一些定位孔码荔，通過監(jiān)控對孔進行定位漩勤，之后設(shè)備會計算出理論孔的坐標與實際坐標的偏差，在設(shè)備打印時缩搅，機器會自動修正這個偏差越败，最終實現(xiàn)高精度的定位和零件制造触幼。

/ 定位步驟

1. 利用激光器定位單孔

▲?GF 加工方案

對孔周圍的區(qū)域進行掃描，因為反射率的不同究飞，監(jiān)控識別出帶坐標的孔位置谦。

2. 定位多個孔位

▲?GF 加工方案

要實現(xiàn)定位必須要至少得到三個孔位的坐標，而且這三個孔位要成三角關(guān)系排列亿傅，不能再一條直線上媒峡。底材上的孔位越多，定位精度越高葵擎。

3. 使用設(shè)備自帶軟件進行結(jié)果偏差的擬合

激光器工作時會自動補償這個偏差谅阿，從而完成嫁接打印。值得一提的是某蛆，監(jiān)控不僅能定位XY坐標碴秽，還能定位Z坐標。如果底材的平面度不好诸跳，是可以從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)承叫，為用戶提供判斷依據(jù)。

有的用戶可能會對在底材上鉆孔有顧慮梅柑，但值得一提的是歌饺，這個定位法本身可以利用底材上現(xiàn)有的標識物，比如模具隨形水路本來就有的孔脯牛。新鉆的孔愤凭，也不需要填充，孔位處也可也通過設(shè)計來避免添加打印支撐結(jié)構(gòu)仪彪。在廣泛的強度和疲勞度測試中原俘，并沒有發(fā)現(xiàn)孔位對整體強度有影響。

GF 加工方案的熔池監(jiān)控定位蒲坐，有著很高的精度竿刁，可以輕松滿足最嚴苛的0.1mm的偏差要求。實現(xiàn)簡單搪缨，操作難度低食拜。

GF 加工方案的上述嫁接打印解決方案，已在國內(nèi)模具大廠東江模具的注塑模具生產(chǎn)中得到應(yīng)用副编。

（3D科學(xué)谷）

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