[00811759]高效随形水道模具3D打印工艺研究与应用验证

该项目属于激光3D打印技术与新型高端复杂模具研发制造技术领域。 模具是现代工业生产之母，是现代制造业的基础工艺装备，其结构复杂化、功能多样化对它的制造工艺和生产效率提出了新的挑战。其中，模具的冷却系统对模具的寿命、产品的生产效率和质量都起着至关重要的作用，有着重要的科学意义和应用价值。传统冷却系统主要由直孔式的冷却水道组成，其主要问题主要体现在：(1)直孔水道难以满足模具结构复杂化的趋势，复杂模具需添加铜镶块以满足局部位置冷却要求；(2)随形水道可紧贴模具型腔，提升冷却均匀性，但内部为空间异形结构，传统机加工、电火花无法成形。 在广东省科技计划产学研合作领域的项目支持下，该项目通过“产、学、研”合作，采用“应用基础研究与工程技术攻关”相结合的方法，对随形冷却水道基于CAE模拟进行优化设计、对适用于3D打印的模具钢材料进行设计、对3D打印模具的后处理工艺进行研究、对3D打印模具的性能评测和应用示范。建立了集设计、材料、装备与工艺、质量控制与测评于一体的注塑模具3D打印应用技术中心，实施典型模具应用示范。 该项目成果比传统直孔冷却水道的模具具有更大的冷却效率和冷却均匀性，突破随形水道设计、制造等限制该技术大量应用的瓶颈，同时降低了生产成本。创新性成果主要体现在优化随形水道、打印装备智能评估决策、模具材料设计开发等三个方面： 1、提出基于CAE模拟的冷却水道优化设计方法。利用边界元法求解注塑模具冷却问题，建立了相应的技术规范和评估模型，解决了冷却介质的流动、稳定温度场数据、热流分布以及冷却时间等预测难的技术难题，评估并优化设计冷却系统。 2、实现模具3D打印过程中的控形和控性。3D打印过程影响制件的性能和精度的因素较多，制件易存在孔隙、球化、热应力等缺陷。提出在线监测与工艺优化相结合的方式，减少甚至消除每层打印产生缺陷，提高制件表面质量和力学性能，提高装备智能化和一体化水平。 3、设计一种3D打印用金属基陶瓷相增强合金工具钢粉末。有针对性地增加金属基陶瓷相相关金属元素，获得增强型的合金工具钢粉末，细化晶粒，笑出第二相的宏观偏析，增强金属的强度、硬度、耐磨性、耐高温性等。 截止项目结题已授权发明专利7项，已发表论文7篇，其中SCI3篇，EI论文1篇，中文核心3篇。取得技指标为成形出接近全致密的模具钢材料，致密度达到99%以上，尺寸精度达到0.1mm，表面粗糙度小于Ra15μm；制造出3套典型具有随形冷却水道的模具零件，满足模具应用要求，冷却效率提高了20%以上。取得经济指标为将一批模具镶块进行了生产应用，累计销售3D打印高效随形水道模具168套，直接新增产值7986万元，直接新增利税1778万元，间接新增产值9212.25万元，间接新增利润643.68万元，取得了良好的经济效果。项目成果极大地提升了注塑模具的设计与制造能力，提升模具制造企业的核心竞争力，实现激光3D打印技术在模具行业的推广与应用，缩短模具研发与制造周期，增强模具行业创新能力，达到国际先进水平。