對于粉末床激光熔融(SLM)工藝，通常被認(rèn)為制造完整的高精度零件，但本文介紹的是另一種情形——在現(xiàn)有零件之上進行SLM打印——這是一種早已適用于模具3D打印的普遍做法，但同時又適合制造雙金屬零件，具有重要的應(yīng)用潛力。

這種在現(xiàn)有零件之上進行打印的方式通常被用作零件修復(fù)，如激光熔覆、冷噴涂。但對于SLM工藝，這被稱之為金屬嫁接打印，它能夠充分發(fā)揮SLM工藝的優(yōu)勢，降低包含復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型零件的整體制造成本并提高生產(chǎn)效率。

復(fù)合加工——機加之上的SLM打印

SLM工藝雖然成形精度高、能制造復(fù)雜形狀，但同時生產(chǎn)速率低、材料成本高。效率和成本方面的問題，嚴(yán)重阻礙了該工藝的推廣應(yīng)用。為充分挖掘SLM工藝的生產(chǎn)價值，于是誕生了一種嫁接打印的方法——采用傳統(tǒng)加工手段經(jīng)濟高效的制造出零件結(jié)構(gòu)簡單的部分，再在該結(jié)構(gòu)之上（安裝在設(shè)備上）采用SLM工藝打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜部分。這種復(fù)合加工的手段能夠加快整個零件的制造周期、降低整體制造成本，并保證零件達到所設(shè)計的性能。

這種工藝模式被模具領(lǐng)域廣泛使用，首先采用機加制造出具有簡單流道的底座，再將其安裝在打印機上3D打印出復(fù)雜流道的部分。這種復(fù)合加工手段在提高模具性能的同時，降低了整體制造成本，提高了制造效率。

嫁接打印工藝難點——定位困難

如果嫁接打印能夠順利實施，則能夠充分發(fā)揮粉末床激光3D打印的工藝優(yōu)勢，同時克服其效率低下、成本過高的工藝不足，將新舊兩種工藝結(jié)合從而充分發(fā)揮出3D打印在當(dāng)前階段的應(yīng)用價值，對于其在民用工業(yè)領(lǐng)域的推廣具有重要意義。

然而該方案在具體實施過程中存在著很大的困難——對底座的安裝精度要求極高。尤其對于模具制造，將基座部分與打印部分精準(zhǔn)對齊是防止水路錯位的關(guān)鍵。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尺寸公差≤0.1mm才是有效的嫁接。這為模具生產(chǎn)企業(yè)帶來了很大困難。由于沒有增材專用夾具，業(yè)內(nèi)普遍使用人工調(diào)校工件水平度、手動找中心點的方式；而這一環(huán)節(jié)十分依賴人員的熟練程度并受工件大小及復(fù)雜程度的影響，通常耗時達到10—60分鐘。以某外殼模具為例，可在一次打印中安裝超過100個底座，若每個底座都需要花幾十分鐘定位，浪費的時間則相當(dāng)驚人。

自動嫁接——為SLM打印高精度定位

針對該痛點，華曙高科于2019年為模具行業(yè)自主研發(fā)了自動嫁接軟件和控制系統(tǒng)，推出自動嫁接技術(shù)方案，為零件提供基準(zhǔn)點，省去繁瑣費時的傳統(tǒng)定位工作，可顯著提升生產(chǎn)效率。華曙高科自主研發(fā)系列軟件：

• CCD精校軟件：FarsoonCalibrationCCD

• 自動嫁接軟件：FarsoonAutoGrafting

• 排包軟件：Buildstar（升級新版定位功能）

• 建造軟件：Makestar（升級嫁接功能）

  

  
  

采用自動嫁接技術(shù)激光定位展示（來源：東莞博通精密）

2022年，華曙高科基于對模具行業(yè)的深刻理解，對自動嫁接解決方案進行了優(yōu)化升級。目前金屬增材制造解決方案FS200M-2、FS273M-2等機型在嫁接打印時，自動定位僅需4分鐘，模具工件尺寸公差實現(xiàn)≤0.05mm，超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，打印注塑模具、壓鑄模具、吹塑模具等更加高效省時省力。

來源于東莞博通精密實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

以某應(yīng)用模具為例，采用華曙高科自動嫁接打印與模具整體打印相比可使生產(chǎn)效率提高70%，粉材成本減少69%，達到降本增效的目的。

自動嫁接——提高效率和良品率

采用華曙高科自動嫁接方案，可精準(zhǔn)提取嫁接基座輪廓與內(nèi)部特征信息，自動實現(xiàn)模型校準(zhǔn)及高精度嫁接。

來源于華曙高科某知名制造業(yè)客戶實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

自動嫁接方案能使隨形冷卻模具內(nèi)部流道順滑，有效解決附著、阻滯及疲勞，達到減少堵塞、提升流速、穩(wěn)定水壓的效果，提高成品的良品率。

END

在模具領(lǐng)域，3D打印已廣泛應(yīng)用于隨形冷卻模具制造，優(yōu)化冷卻水路設(shè)計，不受水路復(fù)雜程度的限制，可提升模具的冷卻效率和生產(chǎn)效率。嫁接3D打印的引入無疑對推動該技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義，但方案雖好仍需要解決工藝采用的痛點。實際上，不限于模具行業(yè)，嫁接3D打印技術(shù)也能用于其他領(lǐng)域產(chǎn)品的制造，如具有高強度外殼和高導(dǎo)熱系數(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的散熱器、局部有特殊要求同時結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)等等。

同時，作為一種結(jié)合傳統(tǒng)與新型制造工藝的解決方案，它在降低整體制造成本同時提高零件功能方面具有奇效。當(dāng)遇到僅使用單一工藝無法解決問題時，不妨考慮這種復(fù)合加工手段。

4月17-20日，華曙高科將攜手合作伙伴東莞博通精密、凱奔三維，在CHINAPLAS 2023國際橡塑展現(xiàn)場展示全新4激光金屬增材制造解決方案FS350M-4，并現(xiàn)場開機，同時展示最新金屬、高分子3D打印模具、高爾夫桿頭等產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為模具行業(yè)賦能，助推產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。