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德国PVA TePla基于LOM的金属热扩散焊接技术

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科技进步带动各式产品蓬勃发展,产品的开发周期相对缩短,为在有限的时间内提高量产值并同时兼顾产品的质量,藉由改善模具的散热效率以减少成型周期中的冷却阶段即成为模具成型制程中的重要步骤。传统制作的工法受到既有技术的限制,方式是将模具加以钻孔或切割焊合,施工十分复杂,模具寿命也可能会因为再次加工而缩短。 在金属3D打印出现后,这些问题获得了突破性改善, 我们已经知道,通过SLM技术可以打印出所需要的随形水路,接下来我们介绍的是一种与SLM不同的3D打印增材制造技术----基于LOM的热扩散焊技术。
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家下来我们以德国PVA TePla 公司的扩散焊技术来阐述LOM在模具3D随形水路中的应用。PVA TePla 股份公司位于德国威登堡 (Wettenberg),作为高温和等离子体处理领域的真空专家,其研制的硬质合金烧结设备、晶体生长设备以及表面活化设备和等离子体超净清洁设备均处于世界领先水准。
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案例实物照片
热扩散焊技术又叫真空压力热扩散焊,是指在真空条件以及一定的压力和温度作用下,通过原子扩散而不使用焊料使焊接件相互联接的焊接方法。真空热扩散焊的温度一般设为材料熔点的0.5-0.8倍,在焊接过程中,热扩散时间以及热扩散压力对三维微模具焊接质量的影响至关重要。

基于LOM的热扩散焊即使用金属薄板为材料,采用激光将三维零件的轮廓切割出来,进行去污、去毛刺等处理后将二维层片堆叠起来,送入DB炉进行焊接。DB炉具备高真空、最高1350度以及150吨加载压力的工作能力,工作时温度升至1000度,焊接时间需要60分钟,整个过程循环8小时可完成焊接。
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从三维数据到分层切片

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二维层片数据进行激光切割加工

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将激光切割好的层片去毛刺、去污按层片顺序堆垛起来

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进炉焊接
模具的尺寸精度主要包括每层二维切片结构的尺寸精度和模具在厚度方向上的尺寸精度。每层二维结构的尺寸精度主要由片材保证,而模具在厚度方向上的尺寸精度则主要由真空热扩散保证。由于每层板材的厚度达到了1mm,在制造完成之后,模具表面存在明显的台阶,因此采用传统的机加工手段对模具外形进行加工获得最终产品。
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内孔形状


基于LOM的热扩散焊技术在制作模具时无需每一层都进行二维切割,在通过传统加工更容易实现的部位将会对三维数据进行处理,即,只有在传统加工难以实现的位置才使用焊接完成。
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热扩散焊采用原子扩散焊接,无需焊料填充,在结合区发生了明显的原子扩散,新的晶粒生成,因表面粗糙而存在的界面间隙受压消失, 因而在堆积成形方向上尺寸收缩变小。热扩散焊可以实现与母材一致的硬度、强度和耐腐蚀性。
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基于LOM的热扩散焊属于典型的增材制造技术,同样的分层越小精度越高,随形水路的冷却能力越显著,一般分层1-2mm便可获得较好的冷却效果。在整个制造时间方面,该技术也比较有优势,整个制造过程仅需12小时即可完成。同时该技术相比于3D打印来说具有相似的成本投入,且无材料限制,几乎所有的工具钢都可以使用,在可实现进行大尺寸制造的同时,所焊接的模具性能与母材也基本一致。

来源:创想智造延伸阅读:
金属3D打印随形水路设计应用

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