直接金屬激光燒結(jié)工藝（DMLS）已經(jīng)存在了十多年，在這期間，全世界已有150多臺(tái)設(shè)備在使用（該設(shè)備的數(shù)量應(yīng)該是截止到2007年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)字——譯注）。直接金屬激光燒結(jié)是一種用于批量生產(chǎn)注塑件模具和制造金屬產(chǎn)品的工藝，也可用于諸如擠出或吹塑成型與其它塑料加工工藝的技術(shù)。

　　采用粉末合金鋼

　　采用直接金屬激光燒結(jié)工藝也可以制造例如設(shè)有最佳熱流道這樣復(fù)雜幾何形狀的模具，不同的金屬粉末構(gòu)成原材料。在模具制造中，認(rèn)同采用EOS馬氏體時(shí)效鋼MS 1材料。這種材料是一種細(xì)顆粒合金粉末狀的馬氏體時(shí)效鋼。它的化學(xué)成分符合歐洲材料分類編號(hào)1.2709的成分，相當(dāng)于德國(guó)的X3NiCoMoTi 18-9-5。

　　這種類型的鋼具有特別好的機(jī)械性能以及簡(jiǎn)易的后處理性能，這種材料通過(guò)淬火，其強(qiáng)度可以達(dá)到1950 MPa，硬度達(dá)50～54HRC。模芯最大尺寸為250mm×250mm×180mm。

　　這種分層堆積制造工藝的一個(gè)用戶是位于Kornwestheim的LBC公司。這個(gè)服務(wù)供應(yīng)商在2002年由工程師Ralph Mayer和Marc Dimter先生建立。公司的定單來(lái)自模具制造、醫(yī)療技術(shù)、工具、鋁鑄造和壓力鑄造以及注塑等企業(yè)。目前，LBC公司的激光技術(shù)主要應(yīng)用于下面三個(gè)領(lǐng)域：

● 生產(chǎn)注塑件和金屬壓鑄件的模具。
● 快速模具制造，在快速模具制造時(shí)，在開發(fā)階段就可以由今后所用的原材料制成的零件來(lái)進(jìn)行注塑。
● 為快速和柔性制造樣件提供服務(wù)。

　　Ralph Mayer先生說(shuō)：“特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)用的模具，直接金屬激光燒結(jié)工藝有著顯著的優(yōu)勢(shì)，這就是可以在貼近輪廓表面以幾乎是任意的幾何形狀和布置來(lái)設(shè)置冷流道，通過(guò)最佳的溫度調(diào)控使注塑件的塑料充填得非常均勻。在生產(chǎn)周期上我們可縮短60%以上。”

 
圖1 激光燒結(jié)設(shè)備：直接金屬激光燒結(jié)設(shè)備Eosint M 270工作區(qū)一瞥。

 　　在這里，直接根據(jù)CAD數(shù)據(jù)逐層地生成金屬產(chǎn)品的模芯。

　　常規(guī)工藝和直接金屬激光燒結(jié)工藝采用混合坯料

　　在直接金屬激光燒結(jié)工藝應(yīng)用于混合應(yīng)用時(shí)，LBC公司認(rèn)識(shí)到其具有很大的應(yīng)用潛力，即產(chǎn)品有某一部分是采用常規(guī)工藝制造，而另一部分則是采用激光工藝制造。

　　把支座最佳地劃分成混合坯件，在客戶提供的三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)CAD完成直接金屬激光燒結(jié)的柱體。在柱座范圍內(nèi)，基體件的座體可以十分簡(jiǎn)單地用常規(guī)工藝制造，由于這個(gè)原因，同客戶商定了尋求采用優(yōu)化成本的解決辦法。在這里，也就是采用了稱之為“混合”的解決辦法，此時(shí)由客戶提供用常規(guī)工藝制造的坯件。

　　避免在模具內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力

　　常規(guī)工藝和直接金屬激光燒結(jié)工藝進(jìn)行混合制造時(shí)，構(gòu)件的交接平面應(yīng)盡可能選擇離頂部距離較遠(yuǎn)處。在這里，特別重要的是，兩個(gè)構(gòu)件最好是用同一種材料制造，這樣就可以避免在熱膨脹系數(shù)方面的差別，并由此避免在模具內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。如果是采用了不合適的材料，對(duì)于較大尺寸的構(gòu)件，由于材料編號(hào)為1.2709的材料有非常均勻的組織，可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。

　　圖2 冷卻柱：通過(guò)直接金屬激光燒結(jié)僅在30小時(shí)內(nèi)生成有著200個(gè)冷卻柱和內(nèi)部冷流道的這種零件。在注塑過(guò)程中，冷卻柱用來(lái)更好進(jìn)行冷卻和縮短生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間。節(jié)省了50%的生產(chǎn)費(fèi)用

　　采用直接金屬激光燒結(jié)工藝從坯件到制成構(gòu)件，由于激光燒結(jié)成的是一種均質(zhì)的組織，基本上只是在未經(jīng)過(guò)加工的構(gòu)件表面可以看到過(guò)渡區(qū)。客戶得到的效果是：對(duì)于一個(gè)設(shè)有最佳貼近輪廓的冷流道的模具，其制造費(fèi)用可節(jié)省50%。一個(gè)來(lái)自美國(guó)密執(zhí)安州的企業(yè)Linear Mold & Engineering也是采用了直接金屬激光燒結(jié)工藝，通過(guò)采用這種激光工藝，這個(gè)模具制造廠還可更有效的生產(chǎn)大型注塑模。以前，鋁質(zhì)模芯是利用CNC銑削進(jìn)行加工和手動(dòng)修磨，或者制成環(huán)氧樹脂模具。通過(guò)采用激光燒結(jié)技術(shù)，可以縮短制造時(shí)間和降低加工費(fèi)用，并較少需要采用CNC加工和電火花加工。

　　從那時(shí)起，Linear公司充分利用直接金屬激光燒結(jié)工藝來(lái)制造模芯、滑塊、活動(dòng)型芯、導(dǎo)軌和其他零件。這樣，公司可以由CAD數(shù)據(jù)直接采用分層堆積工藝來(lái)制造模具的零件、模芯、鑄造澆口和其它的構(gòu)件，而不必動(dòng)用常規(guī)的CNC加工工藝。遇到大型模具的制造時(shí)，在零件部分，可以采用直接金屬激光燒結(jié)工藝制造模芯，而只是銑削模具的模腔。這樣，總體來(lái)說(shuō)，也可以減少CNC加工時(shí)間。此外，直接金屬激光燒結(jié)工藝的應(yīng)用在很大程度上替代了電火花加工。然而，還是有可能采用傳統(tǒng)的電火花方法來(lái)加工較小的零件。取消了諸如鉆孔和刮研等附加加工工序；在CAD數(shù)據(jù)中也包含有螺紋的數(shù)據(jù)。

 
　　圖3 模芯：生產(chǎn)注塑模的模芯，也為水泵殼體提供模芯。模芯采用EOS馬氏體時(shí)效鋼MS1料并設(shè)有冷流道。這種材料的硬度可達(dá)54HRC。

　　開發(fā)和設(shè)計(jì)有了新的選項(xiàng)

　　Linear公司特別希望在設(shè)計(jì)方面有更好的靈活性：即可以單件制造鑄造澆口——模芯。同時(shí)，制造廠家即使是對(duì)于較小、較難冷卻的活動(dòng)型芯，在其上面也可以集成一個(gè)內(nèi)部冷卻管道或者是可以安裝必要的滑塊。

　　直接金屬激光燒結(jié)工藝提供了一個(gè)理想的新產(chǎn)品開發(fā)或現(xiàn)有產(chǎn)品改進(jìn)和應(yīng)用的平臺(tái)，基于產(chǎn)品是通過(guò)分層堆積的方式來(lái)制造，這就有可能改變產(chǎn)品的幾何形狀和材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這所有的一切，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化構(gòu)件性能時(shí)又創(chuàng)造了新的可能性。此外，還可以通過(guò)直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)來(lái)構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)，或者構(gòu)建優(yōu)化承載能力的填料式結(jié)構(gòu)等。

　　采用激光技術(shù)，這在設(shè)計(jì)模具或產(chǎn)品中開創(chuàng)了一個(gè)新的途經(jīng)，激光技術(shù)可提供的較短的生產(chǎn)時(shí)間和更好的柔性，使新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間變得越來(lái)越短、變型品種愈來(lái)愈多的情況下，成為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的另一個(gè)關(guān)鍵因素。