隨著金屬增材制造作為制造塑料注射成型模具技術的發展，許多公司利用3D打印技術通過縮短周期時間和挑戰常規方法進行隨形冷卻來節省成本并提高生產率。

這些熱加工應用正在增長，但是3D打印在冷加工工模具領域卻鮮為人知。本期，3D科學谷與谷友通過案例來一起洞悉瑞典工模具鋼行業領導者如何通過GE EBM設備3D打印冷作工模具。

Uddeholms從材料到3D打印再到后處理的全流程服務 Uddeholms

隨著對輕質產品的需求增加，越來越多的高級高強度鋼被使用在最終產品中。這對用于沖壓成形和修整鈑金零件的工具鋼以及零件的質量提出了更高的要求，需要沒有毛刺，并且避免應力集中，從而不會危及所生產零件的使用和壽命。這對用于沖壓，成形和修整鈑金零件的工模具鋼提出了更高的要求。

瑞典高合金工具鋼生產商Uddeholms 通過3D打印獲得了耐磨損且節約材料的模具。其所用的材料是冷作工具鋼，根據3D科學谷的市場了解這種材料最重要的性能是良好的耐磨性，這通常是由淬硬組織中大量碳化物實現的。碳化物的形成是由特定的合金元素驅動的，并由碳含量控制。因此，冷作工具鋼牌號是高度合金化的鋼牌號，并且碳含量高。

然而高的碳含量使得在嘗試使用3D打印生產工模具時會引起問題-根據3D科學谷的市場了解這種材料非常容易在快速凝固過程中開裂。冷作工具鋼是不可焊接的材料，另外，在凝固和隨后的熱處理期間的偏析效應可能導致碳化物的不均勻分布，從而導致較差的磨損性能。

顯現激光與電子束加工的巨大差異

因此通過3D打印來生產冷作工具鋼就排除了激光熔化金屬3D打印技術，Uddeholms 選擇了GE 增材制造旗下的Arcam的電子束熔化（EBM）工藝，該工藝雖然仍然很熱，但可用于加熱（散焦）和熔化（聚焦），這允許在加工期間控制和維持溫度以防止裂紋形成的可能性。

此外，EBM是真空工藝，可保護材料和粉末不受污染，從而可以將所需合金的嚴格化學性能保持在其規格范圍內。根據3D科學谷的了解熔化過程中的高凝固速率導致細小且均勻的微觀結構，這對于碳化物的形成和分布都是必需的。

使用GE Additive Arcam EBM HT在950°C下加工Uddeholm Vanadis 4 Extra硬質合金 Uddeholms

為了釋放EBM電子束金屬3D打印技術在冷作工具鋼材料加工中的潛力，Uddeholm和GE Additive開發了用于EBM的Uddeholm Vanadis 4 Extra粉末材料，這種材料是一種鉻-鉬-釩合金鋼，最初開發為PM粉末冶金用途（單軸向剛性模具壓制成形法），現已進行了修改并適用于EBM工藝。

Uddeholm Vanadis 4 Extra保留了PM版本的材料性能，具有優異的耐磨性和良好的韌性，優于D2等傳統的冷作工具鋼。通過在EBM處理和后續熱處理，Uddeholm發現可以用細分散的碳化釩獲得硬化的顯微組織，從而提供必要的優異耐磨性能和良好的韌性。

顯現電子束加工優勢

通過EDM電子束金屬3D打印技術加工的Uddeholm Vanadis 4 Extra模具的硬度達到64 HRC，抗壓強度為2700 MPa，韌性為20J。經過EBM加工的模具已經在沖壓操作中進行了測試，其中模具的磨損性能和所生產零件的質量都與Vanadis 4 Extra PM級非常相似。

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3D打印冷作工具的優勢與3D打印用于注塑的隨形冷卻模具的優勢不同，3D打印用于注塑的隨形冷卻模具的主要目的是實現復雜的設計和內置的冷卻通道。而一些傳統冷作工具的設計，要求進行大范圍的機加工，最多可去除75％的材料。對于這些零件，通過3D打印可以大量節省加工時間、材料成本和能源。

3D打印冷作工具的典型好處是減少了所需的材料量–鋼鐵廠生產冷作工具的材料需要在合適的時間提供合適的材料等級，合適的尺寸和合適的材料，這使采購成為一項棘手的業務。在這種時候，這可能意味著增材制造是傳統工模具制造的一種很好的補充方法。這些工模具可以實現相同的性能，而不必花費時間去尋找合適的原材料，占用資金和破壞現金流。

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在中國，Uddeholm的銷售是通過瑞典一勝百來完成的，瑞典一勝百成立于1945年，在亞太各地設有近50家銷售服務中心，為市場提供最優質的鋼材。作為亞洲工模具鋼解決方案供應商，一勝百擁有較強的工模具鋼加工服務和技術專長，是行業內的重要力量。

從金屬粉末的生產開始，到工程設計、仿真、原型制造、加工和全范圍的后處理，一勝百提供增材制造全產業鏈的支持。這種端對端的解決方案，減少了浪費并降低了供應鏈中的風險。