丹麦科技大学利用LPBF首次实现模具生产的集成工艺链-aau3d打印

aau讯（编辑彬彬）据外媒报道，Mandaná Moshiri已于近日向丹麦科技大学提交了题为“利用激光粉末床熔融金属增材制造技术首次实现模具组件正确生产的集成工艺链”的论文。通过探索高精度模具工艺，Moshiri还讨论了3D打印作为工业价值链中相对较新的技术的潜力。

AM应用程序的分发

据了解，Moshiri的工作是PAM2（精密添加剂金属制造）项目的一部分，该项目获得由Horizon 2020支持的欧洲研究与创新框架计划、Marie Sklodowska-CurieInnovative Training Networks (ITN)的资助，批准号为721383。该计划在鲁汶大学（KU Leuven）的协助下，于2016年12月1日开始，到2020年11月30日结束。

基于此，作者研究了金属增材制造技术（MAM），但更具体地说，是激光粉末床熔融技术，如选择性激光熔融（SLM）和直接金属激光熔融（DMLM），这是因为它在用于制造模具方面有着独特的优势，例如带有弯曲通道的嵌件。在制作程中，热管理更加简化，从而提高了模具的质量。

该技术所涉及的后处理包括：

零件清洗
与打印平台分离
支撑移除
热处理
最终加工

如今，随着3D打印在各个行业的影响不断加深，各个行业的生产方式也在逐步发生变化。但是，Moshiri指出，要使AM流程具有所有优势，仅购买3D打印机并将其投入生产是不够的：

“工业并不倾向于实施完整的数字化转型，其中包括机器通信，程序和思维方式。流程链的完全集成和不同制造技术的参与所带来的好处包括建立了完全受监控的智能生产线，这是向工业4.0迈出的第一步。”作者说到。

PAM2 ESRS项目主题

“我们需要考虑完整的链条，并使用创新的方法来管理和控制流程以及所涉及的信息。包括内部组织和信任在内的技术（开放通信、监控、技术自动化等）以及知识和产业的准备就绪，这些都需要面对许多挑战。”

LPBF中的工艺参数

使用LPBF的好处包括：

使用户能够创建更复杂和准确的几何图形
高分辨率
多种材料可供选择
可以使用的近净形零件的生产

缺点包括：

相对较慢的制作过程
需要更复杂的原材料处理
构建室尺寸而导致的被打印物体尺寸的限制。

“LPBF和EBM都可以将金属粉末完全熔化，然后迅速冷却，从而产生较大的热梯度，” Moshiri解释说。“与喷射3D打印产品相比，梯度产生了更好的微观结构。根据产品的最终应用，这可能是有益的。但是，残余应力使LPBF中的脆性材料加工非常困难。通常，他们需要最佳的零件方向和支撑结构设计。”

Moshiri说道：“ LPBF在理论上可以与任何材料一起使用，因为加热是基于粉末对光子的吸收。波长与材料吸收值相当的激光就足够了。通常，EBM可以更有效地将消耗的能量转换为能源。”

全球综合数字过程链的数据基础设施

Moshiri概述了创建集成解决方案的计划，该解决方案可将3D打印纳入工艺链，从而获得设计和生产自由度以及所生产的高性能零件的好处。流程监控、数据收集和处理必须对AM的更智能制造和集成起主要作用。

参与该计划研究的其他作者说：“拓扑优化可在优化其他设计参数（例如减轻重量）的同时确保相同（或更好）的性能。尽管最终产品很复杂，但拓扑优化算法仍被采纳应用，以减少质量，同时确保足够的机械性能以承受注塑工艺的载荷条件。”

工艺参数、工艺特征与产品质量关系示意图

由于LPBF存在精度和表面质量等方面的缺点，因此Moshiri明确指出，在零件精加工之前还必须进行其他工艺的处理：

“这些工艺包括5轴CNC加工以及其他一些精加工操作，例如电火花线切割和抛光，这些操作取决于工具的最终用途，” Moshiri说。

另一个极其重要的挑战是，随着人们在制造业中的更大自主权不断得到促进，人类将如何适应流程链。Moshiri认为，人类的角色在未来仍将停留在制造上，但在操作、远程编程和幕后控制链中仍将扮演重要角色。

变化的动力在一定程度上促使公司寻找具有不同技能的工人并对其进行新的培训。如果没有对未来进行仔细的计划并考虑扩大培训范围，即使所有设备都安装到位，也可能会导致“系统完全故障”。

“我们需要对数据管理和分析进行更多研究，以处理由完全监控的流程链收集的大量信息，并确保可以基于从上一个循环中学到的知识来优化制造中的每个循环。”Moshiri。“IT体系结构和系统的网络安全也需要适应新的工作系统，以帮助采用。变革管理和培训计划是确保创新流程链正常运行的其他方面，这对于确保成功采用全数字化系统至关重要。”

无论是在微观结构开发、冷却速率研究还是新的切削工具方面，还是随着LPBF之类的技术继续成为研究的来源，AM过程提供的转换都极大的引起了全世界工业用户的极大兴趣。

【来源/片：Technical University of Denmark: Integrated Process Chain for Production of Molds in LPBF Additive Manufacturing使用激光粉末床熔融金属添加剂制造首次正确模具部件生产的集成工艺链】