日本金属粉末激光造型复合加工技术

日本金属粉末激光造型复合加工技术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）从四年前开始，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。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粉末镭射造型技术的基础上，提出了复合加工的思路，并申请了基本专利。日本金属粉末激光造型复合加工技术的背景金属3D打印复合加工机

OPM250LOPMtechnology金属3D打印机OPM250L首次登日本国际机床展2014年10.30（四）～11.4（二）日本国际塑料机械展览会2014年10.28（二）～11.1（六）3':0,831,I1创

造

未

来PF

APANOPMtechnology场2014从应用案例开始从应用案例开始OPMtechnologyConformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyΦ4×2Φ3

×2Φ3×6Φ4x2Conformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyCavity8φConformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyCoreConformal

cooling

channel

。。。。。。Showningreencolor

is

aproduct CorepinconformalcoolingCoreconformalcoolingCavityconformalcooling

3curcitscl-ce

OPM

technology加工原理与特点加工原理与特点OPMtechnology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：Hrc50金属3D打印复合加工机OPM250L加工原理与特点OPMtechnologyComplicated

structureZoomAccuracy5/1000Core

for

impact

driver(material:

YAGHrc50)ConformalcoolingThe

Coolingtimecanbeshortened

by50%.OPMtechnologyZoom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镭射熔融功率500W加工机的基本构成OPMtechnologyOPM250L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箱加工装置概要及加工过程OPM250L镭射发生器检流计扫描OPMtechnology加工平台（Z轴）高速铣削覆层刮刀镭射熔化X轴Y轴CCD摄像头粉末材料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OPMtechnologyH250

mm

OPMtechnologyManufacturing

Data

CreationPART

DESIGNMANUFACTURING

DATAMANUFACTURE与单纯镭射造型的比较与单纯镭射造型的比较OPMtechnology金属粉末镭射造型的技术难题底板翘曲Warpage

problemCaseexample：Coreforconnecter（210mm×210mm）OPMtechnologyBase

plate

2mmSinteredCenter 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

meltingOPMtechnologyGalvanoscannerMisalignmentWarpageMillingYZXZXInside3Dcooling

channelSectionof

partImprovingthe

innersurfaceofacooling

channel

Ellipsewidth

1.5灬=4diameterINLETOUTLETOPMtechnologyOPM

technology

Only

laser

melting切削加工水路表面OPMtechnologyTrue

circleTrue

circleOPMtechnology

・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）MethodLaser

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

50μOPMtechnology与传统加工手法的比较与传统加工手法的比较OPMtechnologyONE-PROCESS加工（放电LESS）金属粉末镭射造型复合加工法

（

一

步到位）工法：

除去加工

工法：

增量加工＋除去加工传统的模具加工方法

（多道工序）OPMtechnology设计重点（通过零件分割最小化削减工期以及成本）取消了以往的电极制作、放电加工、可以大幅度缩短工期一般工法需要分割25个零件

→

可实现从一体制作以及考量到设变的最小化分割关于设计模具（最少数分割）cl-ce

OPM

technology一体制作（不用分割）分割3分割2分割12、

金属镭射造型复合加工法（一体的情况）/

13天（费用150万日元）(3、

金属镭射造型复合加工法（分割3个）*3台同时加工/制作时间7天(（费用150万日元）素材加工（WIRE)*分割20件分割模仁粗加工（加工中心)分割模仁精加工（加工中心)分割模仁/电极加工（放电)E-PIN/孔（NC/线割）电极制作（放电)100种＊粗/精加工200个基座金属激光造型复合加工一体E-PIN/孔

加工加工（NC加工中心)/细孔）1天10天2天分割1

3天E-PIN/孔基座加工加工中心1天加工（NC线割）2天分割2

3天分割34天1、

以往工法/制作时间40天（费用300万日元）67.5％工期削减/50％成本削减可能82.5％工期削减/50％成本削减达成OPM

technology

日本案例/)日本案例（电动工具模仁）Suitable

for

precisionindustryFinetexture,smoothmillingsurfaceWiththetraditional

method,thecoreiscomposedof25coremembers.OPMtechnologySinteredobject+

measuring

surfaceforthefollowingprocessConventionalmethod+measuringsurfaceMillingfollowinglaser

melting

insequencewithout

dismountinglaser

MillingLaser

melting

and

highspeed

milling金属粉末镭射造型复合加工法的三种选择laser

MillingOPMtechnologyL金属粉末材料的特点金属粉末材料的特点OPMtechnology材料抗拉强度(MPa)弹性(%)0.2%

屈服

应力(MPa)杨氏模量(GPa)维氏硬度HV洛氏硬度HRCOPM-Super

StarCorrespond

to

STAVAX淬火Over1698-Over1410182-52(56-57)OPM-UltraMaraging淬火990(1992)20(15)820(1930)185-38(52-54)Ti-6Al-7NbTi-6Al-4V-------OPM-NiMarkCorrespondtoNAK80淬火现在开发中40OPM-SKD淬火现在开发中61用于3D打印注塑模具的金属粉末材料OPMtechnologyL590HV380HV

230HV200HVstableSUSx400S50Cx400SUS的金相组织internalcompositionRockwellS50C58.0HRA≒0HRCSUS42079.1HRA≒56.1HRCSUS

After

heat

treatmentOPMtechnology

LYAG

Fatiguespecimenofmaragingsteelx400NAK

MaragingsteelFatigue

testNAKMaragingsteellasersurfacealloyedborderlinetoughnessOPMtechnologyLaser

meltedNAKL控制镭射照射条件实现金属粉末组织最适化造形物の断面

α/オーステナイトSCM(SUS系）可通过控制镭射照射条件，基本消除材料中出现气泡Lsoclic

OPM

technology(×

25）0.5mmDevelopingtheoptimizedlaserconditionfor

new

metal

powderthroughthe

useof“

high

speed

camera”OPMtechnologyLPhase1:

33

-

68mesure

resultμ

m2（Hole

area）%11146.930.052817.260.033338.000.014680.990.035547.490.026617.010.037514.950.028307.490.0191313.160.0610869.950.04111420.220.0612660.090.03131009.180.0414376.460.0215712.970.03Hole

average0.03Melting

average99.97%SUS溶融率

SUS

Hole

average

Digitalizationx15times镜面精度效果OPMtechnology1.38mm1.4mmLガス抜き用ポーラス造形技术は、材料及びレーザ条件を最适化し

空孔、通気率を制御できるように研究开発を行い、现在までに・通気偏差及びバラツキを最小限化。・通気性能别のレーザ条件を最适化。・材料成分を独自调整し、性能を向上。完了し、本技术データを基に根拠のあるポーラス造形を行っております。

同时に质量チェックを行う体制にしております。検査冶具20倍3倍空孔大3倍空孔小20倍控制镭射照射条件实现多孔质表面

ポーラス造形によるガス抜き制御サンプルBサンプルA可控制：气孔大小通气率不可控：气孔形状〈多孔质专用材料〉ポーラス専用材料Aポーラス専用材料BOPMtechnologyLPictureMelting

area

完全熔化区域Porous

area

多孔质区域CADmodelMeltingarea

PorousareaFeature>>DegassingchannelUseinformationSample

block(Porous&Melt)Hardness:HRC50Size:38x38x10fabricationtime:10h(including:Lasertime:5h)示例样板（多孔质与完全熔化）OPMtechnologyL开发中的最新技术开发中的最新技术OPMtechnology高精度（面精度Ra0.86μm、Rz5.89μm）3．复杂形状也可采用一体化构造

4．可任意构筑3D随形冷却水路完全消除拼装累计误差

合理而高效地冷却不需要电火花加工深槽金属粉末镭射造型复合加工法用于模具制造的优点1.

复杂形状也可一次性加工完成大幅缩短模具制作周期2．可自由地构筑多孔质表面层轻松解决模内排气OPMtechnologySectionL20mm10mm家电制品试作品电子部品试作品电子部品量産品・ターゲ精密电子部

试作品

・高精度品&高速化

精密电子部品10，000

100,000

200,000

300,000

500,000

1,000,000量産性(ショット数）

X〔Shot数〕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Hrc50达成家电制品量産品现状OPMtechnology寸法精度

(

μ)7年前Y[μ]量産品ットL单行模式1

年后OPM250L250x250x250金属粉末镭射造型复合加工法的未来规划

OPM600L600x600x600提高速度和工作尺寸OPM350L350x350x350增加功率并行模式多模30

50

75速度(cc/h)尺寸(mm)OPMtechnology2年后L采用专用夹具实现9块单独模仁一次造形Video

LsooclicOPM

technology应用于量产的金属3D打印最新技术采用专用夹具实现多模块同时造形新技术LsooclicOPM

technology各种加工工序间紧密结合开发中可通用固定夹具3D3D水路模具利用案例OPMtechnology/

3D水路模仁蓄热改善用于制造瓶胚模具（3D水路）JIMTOF展示OPMtechnologyL用于制造瓶胚模具（3D水路）用于制造瓶胚内芯（3D水路）OPMtechnologyL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OPMtechnologyL尺寸：122.7mm×59.8mm×10.9mm厚度：2mm体积：20.2cm3智能手机外壳成形例OPMtechnologyLMovableside(动模）Stationaryside（定模）Perfectconformalcoolingchannelinsidetooling

forsmartphone

case

3D冷却水路全覆盖的智能电话外壳模具OPMtechnologyL定模固定板骨架模型动模固定板顶出滑块OPMtechnologyLCAV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）OPMtechnology成形品LINOUTININOUTOUTINOUTOUTININOUTPerfectConformal

Cooling完全随形的3D冷却水路OPMtechnologyL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）成形周期冷却时间23

sec8

secOPMtechnologyL模具背面斜顶滑块调温模具调温机(2台)Moldtemperatureadjustingcircuitfor

injection

machine注塑机最理想的温度调节回路Cavity/Core调温模具前面OPMtechnologyL成形周期(Molding

cycle)22sec27sec32sec冷却时间(Coolingtime)5sec10sec15sec传统冷却回路(Normal)0.60mm0.35mm0.20mm3D冷却回路Conformalcooling0.25mm0.15mm0.15mm0.7

改善2.6倍!!0.60.50.4Normal0.3

5sec13sec0.20.105sec

10

sec

15sec传统/3D

=16sec/3sec=2.6fold(2.6倍性能)Test

for

Warpage变形A（Amountofwarpage)变形实验OPMtechnologyConformalL3D