日本金属粉末3D打印技术的发展与应用

日本金属粉末3D打印技术

的发展与应用但其能够真正成为一种具有实用价值的新型加工技术，主要还是依靠了日本OPM公司多年以来的锐意进取和不懈努力。OPM公司拥有该项技术的CAM软件专利，并在实用性和量化生产上作出了重大贡献，为此还获得了日本政府颁发的制造业大奖。日本松井制作所（MATSUI）从2010年开始，就把这项技术介绍推广到包括台湾、香港和大陆在内的大中华地区。2014年10月，日本Sodick公司推出了OPM250L型号的金属3D打印复合加工机。台湾松井得到授权在大中华地区进行技术推广和机器销售，并且已经在台湾售出了机器。这是一项由日本政府与产业界、学术界，作为国家战略而共同推进的高新技术。最初是由日本松下电工在单纯的金属3D打印技术的基础上，提出了复合加工的思路，并申请了基本专利。日本金属3D打印复合加工技术的背景

金属3D打印复合加工机OPM250L从应用案例开始从应用案例开始Conformal

cooling

channel

。。。。。。Φ3

×2Φ3×6Φ4

×2Φ4x2Conformal

cooling

channel

。。。。。。Cavity8φConformal

cooling

channel

。。。。。。Core3D3D打印复合加工机简介从金属粉末一步到位完成造型加工

而且含有内部水路和局部排气功能金属粉末硬度：Hrc33高强度热处理后：Hrc52以上金属3D打印复合加工机OPM250L加工原理与特点Complicated

structureZoomAccuracy5/1000The

CoolingtimecanbeCore

for

impact

driver(material:

YAGHrc50)Conformalcoolingshortened

by50%.Zoom铣刀主轴转速45,000min金属粉末镭射造形技术高速铣削加工技术OPM250L加工机基本构成镭射熔融功率500WOPM250L镭射第一层熔化有效刃长熔化

・积层铣刀头表面精加工熔化

・

积层与铣削

不断重复熔化

・

积层

表面铣削精加工粉末材料粉末箱加工装置概要及加工过程OPM250L镭射发生器检流计扫描加工平台（Z轴）高速铣削覆层刮刀镭射熔化X轴Y轴CCD摄像头集光透镜反射镜主轴10

μm镭射输出功率功率：500W类型：Yb光纤镭射主轴标准转速：45,000

min-1扭矩：0.8

Nm最大工件尺寸□250x

H250

mm最大粉末供应量90kg（马氏体时效钢）ATC

刀具数量

16把(热压配合式)□250

mmOPM250L金属3D打印复合加工机概要H250

mmMethodLaser

sintering

soloOne

ProcessMachining(OPM)工法：

增量加工＋除去加工Complicate

structure

（精度要求高，外形复杂

的模具零件）工法：

增量加工Representative

sintered

objectsSimple

structure（只适宜于外形简单，

又可以实施后续加工的◎表面粗さ・Ry

<

1～2μ以下◎寸法精度

・

±5/1000模具零件。）表面粗さ・Ry

50μ与单纯的金属3D打印方法之应用区别金属3D打印的技术难题底板翘曲Warpage

problemCase

example：Corefor

connecter（210mm×210mm）Base

plate

2mmSinteredForsecondaryprocessMethod1：

Reference

block

ofmillingsurfaceMethod2：

Referencemilling

surfaceof

partc

daYbX为保证部品精度，必须具有

精准的基准面（Datum)

，可

用于后续加工。Howtocoordinate

the

center

for

X

axisCenter Misalignment

between

cad

data

and

sintered

object

on

condition

that

is

used

galvano

The

base

plate

and

sintered

object

are

warped

by

inner

stresses.

Itcan’t

measureaccuratedimensions

from

fiducial

surfacesofthe

plateAt

leastmachined

surfaceYUnmeasurablestateCycleofexpansionandcontraction可同步切削出

基准面OurtechnologyMeasurable

state Solely

laser

meltingGalvanoscannerMisalignmentWarpageMillingYZXZXOPM

technology

Only

laser

melting切削加工水路表面

・linearcoefficientofexpansionSet

base

plate

（线膨张系数）・flatnessmeasurement（平行测定）SLM＋Milling・machinedsurface（切削/基准面）Measureon

LUMEX(プローブヘッドによる造形物测定/

同一机械上）accuracy

partMeasure

on

LUMEX（3次元测定）Heat

treatment（正しい热処理）Measure（测定）The

following

process（次工程）measured

result（测定结果）

Suitable

forhighmeasured

result（测定结果）可在造型机内

实施三维测量・surplus

（加工代）・machinedsurface（切削/基准面）flatnessmeasurement

on

LUMEX

（平行度测定/同一机械上）适宜于高精度模具零件Optimized3dmodel（最适化した形状）切削加工精度

3D水管（1φ~4φ)要求精度1/100以上最小1㎜板最小1.1㎜Φ1.1穴Φ1Pin装置精度评価样品

要求精度1/100以内样品形状完全符合要求切削加工精度MATERIALTENSILESTRENGTH(MPa)ELASTICITY(%)0.2%YIELDSTRESS(MPa)YOUNGSMODULUS(GPa)VICKERSHARDNESSHVROCKWELLHARDNESS（HRC）OPM-SuperStar

Correspondto

STAVAXMeltedOver1698-Over1410182-55-57OPM-YAG（Maraging）Melted811（1967）16(10）598（1810）160-34(48-50)OPM-Ultra1（MAS-1）*

StandardMelted990(1992)20(15)820(1930)185-38(52-54)OPM-Ultra2（MAS-1）*

FineMeltedmeasuring

inprogress55NAK55(Ni-MARK)NowdevelopingSKD/SKHNowdevelopingTi-6Al-7NbTi-6Al-4VNowdevelopingAluminiumPlanning用于3D打印注塑模具的金属粉末材料Meltingratioof

Ultra

MaragingWe

haveachieved

morethan

melting

ratioof99.99%for

Ultra

maragingsteelLaserconditionα99.9982%Quality

mode55.1HRCLaserconditionα99.999%Quality

modeMelting

ratioofSuperStarSUS420J2Wehaveachievedmorethanmelting

ratio

of99.99%

for

Super

Star.57HRCforUltra

maragingsteelSPI-B1:外装品上级レベル仕上げ（SPI-C1に600番のグリットペーパ処理を付加、表面粗さRa=0.05-

0.08

Ra）SPI-A2:镜面仕上げ

(レンズや光沢面が必要な外装品用途向け最上级仕上げ。表面粗さRa=0.03-

0.05

Ra）RevelofSPIfinish

numbersWe

are

here

it’s

SPI-A2.RevelofSPIfinish

numbersLaser

meltingplate

Ultra

MaragingMore

than

SPI-A2DictionaryQuality

mode NAK

MaragingsteelMaragingsteelYAG

Fatiguespecimenofmaraging

steellasersurfacealloyedx400Fatigue

testNAKborderlinetoughnessLaser

meltedNAKLDramaticevolutionheat-affectedzone500x500xOPM-UltrainterfaceNAK55L10，000

100,000

200,000300,000500,0001,000,000量産性(ショット数）

X〔Shot数〕电子部品试作品・ターゲット家电制品试作品7年前金属粉末镭射造型复合加工法的模具加工适用范围±30±20±10±

1±5/1000达成、硬度Hrc52达成精密电子部品

试作品精密电子部品

量産品家电制品量産品现状电子部品

量産品・高精度＆高速化寸法精度

(μ

)Y

[μ]600x600x提高速度和工作尺寸OPM350L●OPM250LNew

CAM：Z-AssoCAM自动化/検査设备强化Automatic

powderhandling

system（粉末供给、回収自动装置）Inspectionsystem（造形品内部検査系统）速度(cc/h)600Dual

laser*2units镭射搭载250x250x250金属粉末镭射造型复合加工法的未来规划30

50

75350x350x350增加功率

并行模式

多模尺寸(mm)OPM600L2年后单行模式1

年后L第Ⅱ开発终了段阶の采算ライン目标ダイカスト金型分野など(サイズ300角）75cc/1h<2nd开発后＞・

项目【4】Xマシン3.0第Ⅰ开発终了段阶の采算ライン目标车载、车内装部品、ペットボトルなど(サイズ250角）50cc/1h制作スピード

30%Up现在の采算ライン初期モデル(2014年10月)小型家电など(サイズ190角）小型家电等・CAM操作性向上・アンダーカット机能<1st开発后＞<2nd开発后＞・

项目【5】新レーザ制御技术・

项目【6】ディユアルレーザ

)・

项目【2】新CAM开発

Ver1.0・

项目【3】工程间蜜结合采算分岐点Die-castingforautomobile

EngineAero

partVision

forOPMseriesReduction

forproduction

timeExpandingfortheuse

application201720162015High

accuracy

・

multiple

function

・

stability<1st开発后＞・

项目【1】XマシンVer2.0制作スピード

60%UpSpeed异型水路模具应用案例异型水路模具应用案例新!!

金属

3D打印机

OPM250L智能手机外壳工具注塑机(GL60)Case

example

“Molding

for

smartphone

”智能手机成形例LCAV冷却回路CAV冷却回路COR冷却回路成形品进胶口位置COR冷却回路斜顶滑块冷却回路进胶口位置Comparenormalcoolingchannelto

conformalone

传统冷却水管和3D冷却水路的比较（产品部）成形品L传统随形There

is

a

difference

20

degree

Celsius

betweennormalandconformalatcoreandcavityside.传统水路与3D水路之间树脂温度相差20℃树脂温度结果(平均值)树脂固话平均温度（冷却时间结束时）Lmeltingwith

milling成形周期冷却时间23

sec8

sec3D水路产品冷却时间:5s成形周期

:22s传统水路产品冷却时间：13sec成形周期：30sec3D传统歪冷却时间5sec2.6倍的性能!!从变形的角度,

冷却时间可以缩短60％以上。光泽度低适用于连续成型LUSB模具-传统水路只有母模水路，公模没有水路↓变形超过0.06mm-温度不均＆产品变形USB射出成型-导入异形水路USB模具公模水路。0.89mm壁厚。0.8mm↓变形超过0.06mm

反翘区-导入异形水路前后USB射出成型0.02mm符合标准USB射出成型-冷却效益1小时省下20分钟，大约省NTD40元投资

NTD100,000元

/40元＝1,500小时30秒

>>>>>>>20秒=

104天回本/

3D水路模仁蓄热改善用于制造瓶胚模具（3D水路）JIMTOF展示L用于制造瓶胚模具（3D水路）用于制造瓶胚内芯（3D水路）Caseexampleof

Homeappliance(material

:

Ultra

Hrc52)conti

dent

islaccuracy

1

/

100conti

den

tial(material

:

Ultra

Hrc52)Accuracy

3

/

1000Caseexampleof

shaverproductCOR

ConformalCoolingCORE

FramenormalcoolingCAV

ConformalCoolingCAV

Framenormalcoo