沈盼捷

　　在增材制造的应用领域中，模具嵌件的修复受损被愈加广泛地采用，尤其是使用直接金属激光烧结(DMLS)。与模具更换相比，DMLS可快速修复受损区域、简化维修、缩短停工期、延长使用寿命、降低维护和修理成本，具有众多优势。
　　
　　传统的维修工序步骤繁多，且耗时较长。如焊接工艺要求将损坏或破损区域去掉，需要固定钢块、焊接，然后重新加工嵌件。此外，传统维修还涉及到一些额外的步骤，如加工、抛光、测试等，同时还受维修时限条件的制约。
　　
　　维修模具嵌件需要更快、更经济的方式，这便为DMLS打开了大门。Ecoparts和Innomia这两家公司走进这扇门，为客户提供更快速更经济的DMLS工具维修。Innomia使用逆向工程、3D扫描和增材制造方法提供塑料及金属部件设计和开发。Ecoparts是EOS服务供应商，为模具和机械工厂行业生产模具原型、未铸满铸件、工具嵌件、热流道浇口冷却套。
　　
　　“一般来说，当无需增加材料时，激光焊接对于修复受损转角、边缘和薄膜缺陷是十分有益的，”Innomia的总经理Lubos Rozkosny先生说道，“当需要增加材料时，DMLS十分高效。它可以按照部件的3D模型，将材料堆砌在精确的3D结构上。这是激光焊接不可能做到的，因为激光焊接通常是手动控制。但DMLS的激光束是通过CAD文件进行电脑控制，所以DMLS能做到。”

　　一般而言，DMLS塑造一个同类的钢质部件，是从下到上将金属细沙层熔化，直到部件塑造完成。开始时，使用纯工具钢粉末材料的薄层搭建塑造平台。电脑生成的组件设计数据确定一些节点，在这些节点用强大的激光束将粉末熔化。随之，降低平台，使用另一个粉末层。再次将粉末熔化，以便将粉层固定在预先设计好的节点处。
　　
　　DMLS维修嵌件的方法与众不同。“你不需要将受损两部分焊接起来，”Ecoparts的老板兼总经理解释说，“你可以把受损的嵌件部分重新注塑。这样能保证部件的微观结构完好，看不出看修复嵌件的焊接缝隙。”DMLS工序完成以后，嵌件可以按需进行后期加工(如铣削和抛光)。这样就保留和重塑了嵌件的功能。
　　
　　Rozkosny先生说，DMLS将材料熔化，放在受损区域。使用DMLS方法加工的金属可以提供良好的机械性能。例如，MS11.2709马氏体时效钢的硬度范围可达54HRC(可使用热处理将硬度调节至34~54HRC)。此外，还可将不同的工具钢结合起来，且受限因素仅为烧结表面尺寸和材料的焊接性能。DMLS同样可在密封室内惰性氮环境下工作，以保证金属结构良好。最后，还能提供较短的交货时间和良好的质量，Rozkosny先生说。
　　
　　然而，Innomia和Ecoparts也都看到了DMLS的局限性：(1)当前工作室尺寸(250mm×250mm×325mm)限制了修复嵌件的尺寸;(2)表面处理较粗糙(约10Ra)，需要传统的处理工序辅助;(3)叠层工艺要求较平的表面;(4)现今只可加工一种材料(1.2709)。然而，当表面处理之后，DMLS提供的高精度和高质量表面处理将其成就为工具加工和工具维修的理想平台。同时，经证实，DMLS维修也延长了嵌件寿命。
　　
　　Kundig先生补充道，部件的复杂程度并不是DMLS的成本动因。“不管是部件结构是简单还是复杂，自由形式还是随形冷却，工业用3D打印机仅仅制造部件”他说。
　　
　　Damaged insert before undergoing DMLS.(Image courtesy of Ecoparts.)
重塑和维修

　　Innomia 和 Ecoparts都感觉到了使用DMLS进行模具嵌件维修的需求越来越旺盛，因为DMLS可以简化并加速维修工序。两家公司都仅仅需要将受损材料去掉，而非更换嵌件。多数情况下，完全再注塑一个嵌件可以节省数周的生产时间。
　　
　　根据Rozkosny先生所言，Innomia最初利用自动金属部件快速成型进入金属增材制造领域，但是随后转移到注塑模具应用领域，包括快速制模和随形冷却。从那时起，客户便开始信赖DMLS在产品加工方面的质量了。于是，快速模具维修的需求就越来越大。
　　
　　Repaired insert after DMLS. (Image courtesy of Ecoparts.)
Innomia除了使用DMLS，还使用3D扫描和逆向工程方法进行工具维修。这使得该公司即便在2D或3D文件不可用的时候，也可以修复受损工具。对于破损注塑磨具嵌件的特定修复，现在尚无3D数据或图纸，而且还有很多限制部分。
　　
　　“从工具上拿掉嵌件，然后发给我们，” Rozkosny先生解释说，“首先我们扫描嵌件推行，然后重新设计完整的3D模型。接着，我们切割掉或铣削掉受损区域，因为我们重塑工艺需要一个平整的表面。随后，将受损区域放入EOSINT M 270，进行位置固定，然后在切割面上对缺失材料进行激光烧结。最后便是表面处理，将嵌件安装到模具上。”

　　从嵌件移除到开始再生产，共有三个步骤。修复好的嵌件已经用了两年半，这足以展示修复的质量和使用时限，他说。
　　
　　Damaged area cut-off. (Image courtesy of Innomia.)



　　Damaged area cut-off. (Image courtesy of Innomia.)



　　Repaired area after surface finishing. (Image courtesy of Innomia.)
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