70.6 Sculele hard directe ale unei inserții de scule funcționale din cupru

În acest exemplu, inserțiile de scule hard funcționale cu canale de răcire conforme sunt produse prin procesul SLM. Aceste inserții de scule hard funcționale sunt de obicei realizate din material oțel; până de curând (din 2011), aliajele de cupru sunt posibile (Becker 2011) datorită progreselor în tehnologia SLM. Aliajul de cupru are o conductivitate mult mai mare și o absorbție scăzută în comparație cu oțelurile și au existat provocări în prelucrarea acestui material, deoarece procesabilitatea pulberii de cupru era limitată anterior de puterea laserului.
In this example, functional hard tool inserts with conformal cooling channels are produced by the SLM process. These functional hard tool inserts are usually made with steel material; until recently (since 2011), copper alloys are possible (Becker 2011) due to advances in the SLM technology. Copper alloy has a much higher conductivity and low absorptivity compared to steels, and there were challenges in processing this material as processibility of copper powder was previously limited by the laser power.

Conductivitatea termică ridicată a cuprului și a aliajelor sale le face foarte potrivite pentru aplicațiile cu scule matriță. Poate fi folosit ca inserții de răcire, inserții de matriță și miezuri de matriță, cu avantajele depășirii problemelor termice în matrițele de injecție de plastic. O inserție de sculă din cupru cu canale de răcire interne din Hovadur (R) K220 produsă prin procesul SLM echipat cu un laser de mare putere de 1 kW cu un profil uniform de duză a fost produsă de la Institutul de Tehnologie Laser, Fraunhofer. Aceste matrițe au fost utilizate în sculele de turnare prin injecție din oțel pentru fabricarea pieselor din plastic pentru a asigura eliminarea rapidă a căldurii în punctele critice. Canalele de răcire pot fi, de asemenea, proiectate pentru a transporta lichid de răcire, cum ar fi apa, pentru a reduce timpii de ciclu și deformarea parțială prin răcirea rapidă și uniformă a întregii unelte, care poate fi produsă și prin procesele AM.
The high thermal conductivity of copper and its alloys makes them highly suitable for mold tooling applications. It can be used as cooling inserts, mold inserts, and mold cores with advantages of overcoming thermal problems in plastic injection molds. A copper tool insert with internal cooling channels made of Hovadur (R) K220 produced by the SLM process equipped with a high power laser of 1 kW with an even bean profile was produced from Institute of Laser Technology, Fraunhofer. These molds were used in steel injection molding tools for the manufacture of plastic parts to ensure rapid heat removal at critical points. Cooling channels can also be designed to carry coolant such as water to reduce cycle times and part warpage by fast and even cooling of the entire tool which can also be produced by AM processes.

Inserție funcțională de scule din oțel pentru lucru la cald, produsă prin topirea cu laser a metalelor și frezarea CNC

În acest exemplu, o parte a inserției de sculă pentru capacul unui aspirator este produsă direct prin procesul de topire cu laser a metalelor (cunoscut și ca SLM), iar inserția de sculă rămasă este produsă convențional prin frezare CNC. Integrarea atât a tehnicii convenționale, cât și a tehnicii AM este numită producție hibridă. După cum se vede în Fig. 15b, inserția de jos a sculei implică un model simplu al canalului de răcire în scopul creării de admisie și de evacuare a lichidului de răcire. Acesta poate fi produs cu ușurință prin frezare CNC convențională. Însă, jumătatea superioară implică canale de răcire atent proiectate pentru a răci uniform și rapid scula pentru a depăși limitările de răcire termică prezente în inserția de scule produsă în mod convențional și poate fi fabricat numai cu tehnici AM, care în acest caz, este fabricat prin procesul SLM. Însă, accentul principal se pune pe capacitatea procesului de topire cu laser a metalelor în fabricarea unei inserții de scule cu canale de răcire conformă, care se conectează în cele din urmă cu jumătatea frezată-CNC, așa cum se arată în Fig. 15 (cu permisiunea de la Concept Laser GmbH).
In this example, part of the tool insert for a vacuum cleaner cover is directly produced by the metal laser melting (also known as SLM) process, and remaining tool insert is produced conventionally by CNC milling. The integration of both conventional and AM technique is named as hybrid manufacturing. As seen in Fig. 15b, the bottom tool insert involves simple cooling channel design for the purpose of creating coolant inlet and outlet. This can be produced easily by conventional CNC milling. However, the top half involves carefully designed cooling channels to evenly and quickly cool down the tool to overcome thermal cooling limitations present in conventionally produced tool insert and can only be manufactured with AM techniques which in this case, it is manufactured by the SLM process. Nevertheless, the main focus is on the capability of the metal laser melting process in fabricating a tool insert with conformal cooling channels that eventually connects with the CNC-milled half as shown in Fig. 15 (with permission from Concept Laser GmbH).


Fig. 15 Inserție de sculă funcțională produsă prin frezare CNC și topire cu laser a metalelor

Alte exemple de inserții de scule produse direct prin fabricarea aditivă cu metale sunt prezentate în Fig. 16 (cu permisiunea de la Concept Laser GmbH), unde inserțiile de scule cu canale de răcire conformă interne duc la un nivel de temperatură aproape perfect pe suprafața de contur cu deformare redusă.
Further examples of tool inserts produced directly by additive manufacturing with metals are shown in Fig. 16 (with permission from Concept Laser GmbH) where tool inserts with internal conformal cooling channels result in near perfect temperature level on the contour surface with decreased warpage.


Fig. 16 Inserții de scule cu un nivel de temperatură aproape perfect pe suprafața de contur cu deformare redusă