增材制造与3d打印技术策划(基于增材制造（3d打印）与压铸混合制造工艺的研究与应用)

概述

借助于附加制造（3D打印）工艺，可生产出多个复杂度高、制造周期长的网状零件。压铸工艺实现的零件大批量生产将受到压铸模结构的限制。这两种工艺的智能组合隐藏着巨大的潜力，它们的高压铸造生产可以与各种结构自由组合。通过这种混合生产工艺，降低了纯添加剂制造（3D打印）部件的生产成本，提高了压铸件的复杂性。

激光束熔化（LaserBeamMelting/LBM）或激光粉末堆焊等增材制造工艺（3D打印）的优势在于，无需任何模具可以几近成形任何复杂结构的制造过程。从单件生产到小批量生产复杂几何结构拓扑优化的组件，对航空航天工业、医疗技术、模具制造以及汽车工程领域的吸引力正在与日俱增。尽管优势很多，但增材制造工艺（3D打印）目前尚处于缓慢进入工业生产的阶段。主要原因在于其生产时间相对较长，导致生产成本较高。不同于增材制造，通过压铸工艺可以在短时间内制造出大量产品。原因在于，模具填充速度快并且每个组件生产周期很短。但高效率也伴随着不足之处，具有冷却通道结构等高复杂性组件无法或者只能在有限程度上被制造出来，并且它们需要用到高成本压铸模具，而在这些压铸模具中只能铸造一种组件几何形状。此外，高性能要求、熔体流动时产生的缺陷和温度波动等因素都会导致出现高成本问题。

增材制造（3D打印）与压铸混合制造工艺

本项目所设定的目标是，将增材制造（3D打印）与压铸相结合以创建新型混合制造工艺，使这两种工艺的优势得到最佳利用。出于对时间和成本方面的考量，对成型简单的大体积单元区域进行压铸，功能性或高度复杂的组件则通过增材制造（3D打印）方式制造。如项目所示范的那样，混合制造可以在两种不同的情况下进行：

用压铸工艺将增材制造（3D打印）部件与压铸件结合

在这种工艺变型中，借助激光束熔化增材（3D打印）工艺设计制造加固件、热交换器和适配器等复杂部件的结构形状，并将其置于压铸模具中。如（图1）所示。我们对不同接口结构形状和表面改型对附着力产生的影响，以及形状和配合对3D打印部件和压铸部件区域之间连接产生的影响进行了研究。

这款零件的基础件是汽车行业辅助单元支架的压铸模具。我们对压铸模进行了改型处理，以便可以使图1所示的复杂嵌件以模块化方式被嵌入到模具中。在3D打印插件的开发和设计过程中，我们将重点特别放在了连接区域接口的几何形状和表面改型问题上。通过重铸将功能几何形状连接成为一个整体组件。然后，基于强度和铸造工艺的数值计算来选择接口结构形状。为了确定各种结构形状和材料之间连接的机械性能，我们根据DINEN20125:2016-12标准和DIN50099:2015-08标准要求，开发出了特制测试样本，并根据多标准要求对其进行了评估和测试。漏斗形浇口杯、菌形顶盖和弯管被归为特别适用类别（图2）。确定的参数值（图3）表明，借助“菌形”结构可以达到超出所有材料组合连接方式中的最佳机械性能。

使用转向助力泵的不同支架设计（图4），将来可以在一个并且是同一个压铸模具中实现“支架辅助单元”的多种变型结构。为此，设计了一种带“标准”适配器区域的特殊连接结构。在外部可根据需要对支架进行随意调整，在朝向组件的一侧，有相应的“菌形”结构。在当前情况下，组件加固件和热交换器不需要任何特殊的接口结构，因为它们全部需要被重铸。由于压铸模具的复杂性，需要对功能性结构逐步进行调整，直至可以成功制造出最终的演示零件（图5）。最后，根据PV1210进行了15次循环的腐蚀测试，根据当前的技术要求，这项测试并未表明材料之间存在任何异常腐蚀情况，因此，其功能性不会受到任何限制。