一种基于3D打印成型压铸模具的修复工艺的制作方法

本发明涉及模具修复，具体为一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺。

背景技术：

1、slm技术目前在模具、汽车等领域得到广泛应用，选区激光熔化(selective lasermelting,slm)是一种基于粉末床的激光熔化技术。这种技术通过逐层堆积金属粉末并使用高能激光束熔化，从而制造出复杂结构的金属部件。slm技术的优点在于能够制造出具有复杂几何形状的零件，而且不需要使用模具，这大大减少了制造成本和时间。slm成型的压铸模具具有复杂的随形冷却水路，可以极大的缩短压铸周期以及改善产品质量，但是模具的寿命往往无法满足实际需求。

2、一体化压铸是一种新型的压铸技术，它通过将原本设计中需要组装的多个独立的零件进行重新设计，然后使用超大型压铸机一次压铸成型，直接获得完整的零部件，实现原有功能。但是一体化压铸成型的零件结构较为复杂、成本费用高、准备时间长，对于压铸模具而言具有更高的要求，一体化压铸的模具更加容易出现龟裂失效等损伤。由于大型模具的置换成本较普通压铸而言更高，所以针对slm成型压铸模具的修复工艺是急迫的。

3、在模具修复领域，目前传统模具大多通过焊接、熔覆等方式，但是slm成型的具有随形水路的模具内部结构复杂，无法通过传统的方式进行修复。通过slm成型技术才可以实现对模具表面的精确修复，尤其是修复复杂形状或者精细结构的模具。但是若使用碳钢等不同体系的材料容易造成模具开裂，而传统的18ni300等马氏体时效钢需要再次热处理才可以强化，而热处理会导致原本模具变形无法使用，所以需要提出一种基体类似且无需热处理的材料体系满足模具修复的需求。

4、目前适合于slm工艺制备大型一体化压铸模具的材料修复方法比较少，主要是将模具重新打印制备，这样既耗时又耗材，所以无法高效率满足现在的行业需求。目前的slm工艺制备大型一体化压铸模具的材料费用较高，如果模具开裂损坏，无法完全修复重新使用，只能重新压铸成型，所以需要的成本比较高。

5、传统铁基热作模具钢嫁接打印工艺存在许多限制，例如s136基板+dievar嫁接打印，因为两者性能差异比较大，比如它们的热膨胀系数以及力学性能差异较大，嫁接打印后容易出现开裂，无法做到修复模具的作用。(热膨胀系数和力学性能等差距较大)

6、传统激光焊接工艺目前也存在着许多问题，例如焊接过程中熔道会消除、高功率激光对材料存在烧损、容易造成模具变形等问题。(熔道消除、高功率激光对材料烧损、变形)。针对相关技术问题，尚未提出解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出的一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题，本发明的目的是在不改变现有商用模具钢粉末材料成分的基础上，将损坏的压铸成型模具进行修复，使用嫁接母材材料相同，焊接部分无需复杂时效处理，两者膨胀系数等物理性能接近，拉、压应力较小；相对铁基热作模具钢嫁接打印工艺，碳扩散使嫁接打印面的性能更好于基体材料，使模具得到更好的修复，嫁接打印后的模具不容易开裂，相对传统焊接成本较低、嫁接打印工艺处理对传统焊接处理工艺减少、应力减少、使开裂的风险得到大幅度减小。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，包括以下步骤：

4、步骤一：使用15-53μm的铁基模具钢粉末材料，纳米颗粒使用碳纳米管，纳米材料的平均粒径为15-500nm；

5、步骤二：铁基模具钢材料采用成熟商用的18ni300作为基体材料，第一阶段使用18ni300作为母材进行slm成型，加工处理后进行压铸生产；

6、步骤三：当模具出现开裂失效后，第二阶段将模具失效部分使用线切割去除，使用机械球磨的方式将碳纳米颗粒和18ni300粉体进行混合，然后将混合复合材料在原始模具母材之上进行slm成型，对嫁接成型件进行机加工处理，处理之后无需热处理即可再次投入压铸生产。

7、优选的，所述步骤一中，纳米颗粒的质量分数为0.2-1.0wt％。

8、优选的，所述步骤三中，对进行slm成型和对混合后的复合材料进行slm成型，主要的成型工艺分别为激光功率、扫描速度、层厚、线间距、激光光斑尺寸。

9、具体的，对进行slm成型，主要的成型工艺为激光功率(200-500w)、扫描速度(600-1500mm/s)、层厚(20-50μm)、线间距(0.05-0.1mm)、激光光斑尺寸(50-120μm)；

10、对混合后的复合材料进行slm成型，主要的成型工艺为激光功率(200-500w)、扫描速度(600-1500mm/s)、层厚(20-50μm)、线间距(0.05-0.1mm)、激光光斑尺寸(50-120μm)。

11、优选的，所述步骤三中，通过行星式球磨机进行高能球磨，为避免引入其他杂质，球磨过程中采用18ni300模具钢做为球磨罐体和研磨球体，球磨过程中通入氩气进行保护，经此过程后获得分布均匀的混合模具钢材料，其中球可采取不同的形状。

12、优选的，所述混合模具钢材料的球粉比为8:1-1:3，所述转速为100-300转/min，所述时间为1-10h。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明为一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，缩短加工的时间，提高工作效率，降低成本，在不改变现有商用模具钢粉末材料成分的基础上，将损坏的压铸成型模具进行修复，使用嫁接母材材料相同，焊接部分无需复杂时效处理，两者膨胀系数等物理性能接近，拉、压应力较小；相对铁基热作模具钢嫁接打印工艺，碳扩散使嫁接打印面的性能更好于基体材料，使模具得到更好的修复，嫁接打印后的模具不容易开裂，相对传统焊接成本较低、嫁接打印工艺处理对传统焊接处理工艺减少、应力减少、使开裂的风险得到大幅度减小。

技术特征：

1.一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，其特征在于：所述步骤一中，纳米颗粒的质量分数为0.2-1.0wt％。

3.根据权利要求1所述的一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，其特征在于：所述步骤三中，对进行slm成型和对混合后的复合材料进行slm成型，主要的成型工艺分别为激光功率、扫描速度、层厚、线间距、激光光斑尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，其特征在于：所述步骤三中，通过行星式球磨机进行高能球磨，为避免引入其他杂质，球磨过程中采用18ni300模具钢做为球磨罐体和研磨球体，球磨过程中通入氩气进行保护，经此过程后获得分布均匀的混合模具钢材料，其中球可采取不同的形状。

5.根据权利要求4所述的一种基于3d打印成型压铸模具的修复工艺，其特征在于：所述混合模具钢材料的球粉比为8:1-1:3，所述转速为100-300转/min，所述时间为1-10h。

技术总结本发明涉及模具修复技术领域，具体公开了一种基于3D打印成型压铸模具的修复工艺，包括以下步骤：使用15‑53μm的铁基模具钢粉末材料，纳米颗粒使用碳纳米管；铁基模具钢材料采用成熟商用的18Ni300作为基体材料，第一阶段使用18Ni300作为母材进行SLM成型，加工处理后进行压铸生产；当模具出现开裂失效后，第二阶段将模具失效部分使用线切割去除，使用机械球磨的方式将碳纳米颗粒和18Ni300粉体进行混合，然后将混合复合材料在原始模具母材之上进行SLM成型，对嫁接成型件进行机加工处理，处理之后无需热处理即可再次投入压铸生产。本发明缩短加工的时间，提高工作效率，降低成本，焊接部分无需复杂时效处理，使模具得到更好的修复，嫁接打印后的模具不容易开裂。技术研发人员：钱滨,程忠辉,邱建荣,秦嬉嬉,陈天豪受保护的技术使用者：宁波匠心快速成型技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1