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3D打印/增材制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀，制造出帶有復(fù)雜內(nèi)部通道的機(jī)械加工刀具，特別是特殊的非標(biāo)刀具。由于刀具形狀的設(shè)計(jì)不受加工限制，在設(shè)計(jì)刀具時(shí)可以更多的考慮刀具的使用需求，從而提升刀具的性能和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

越來(lái)越多的刀具公司開始利用增材制造生產(chǎn)刀具和相關(guān)產(chǎn)品，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，德國(guó)刀具制造商Paul Horn 也是其中之一。

提升復(fù)雜刀具定制競(jìng)爭(zhēng)力

Horn 為機(jī)械加工用戶提供銑削、開槽、拉削、鉸孔刀具，并可以根據(jù)制造業(yè)用戶的應(yīng)用開發(fā)自定義刀具解決方案。

Horn 為客戶開發(fā)的特殊刀具

Horn 意識(shí)到了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力，并開始使用應(yīng)用該技術(shù)，包括刀具快速原型，直接制造特殊刀具和刀柄。為了促進(jìn)增材制造的發(fā)展，Horn正在籌建一個(gè)新的“增材制造”生產(chǎn)部門，該部門與機(jī)械生產(chǎn)、粉末分析以及質(zhì)量保證都密切相聯(lián)。Horn使用的是粉末床選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)（SLM），該技術(shù)是將金屬粉末分層地施加到可降低的平臺(tái)上，然后通過(guò)激光將相關(guān)區(qū)域熔化，重復(fù)這一步驟直到達(dá)到所需的部件高度。目前Horn 使用的金屬3D打印設(shè)備最大構(gòu)建區(qū)域?yàn)?00 x 300 x 300 mm（11.811 x 11.811 x 11.811“）,使用的金屬粉末材料是AlSi10Mg鋁合金和1.4404不銹鋼。

Horn 增材制造的刀具部件

所有的刀具增材制造工藝都是由Horn自己完成的，因此能夠迅速響應(yīng)客戶要求，可以根據(jù)客戶的需求生產(chǎn)各異的刀具，包括根據(jù)客戶需求結(jié)合增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)特殊的刀具結(jié)構(gòu)，并選擇合適的粉末參數(shù)；也可按客戶的要求生產(chǎn)半成品或成品。同時(shí)，Horn可以結(jié)合其在機(jī)械加工和測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)滿足客戶的要求。

 Review

目前在刀具制造中應(yīng)用的3D打印技術(shù)主要有兩種。一種是本文中Horn公司使用的選區(qū)激光熔化技術(shù)，制造金屬刀具特殊的槽形或者刀具內(nèi)部復(fù)雜的冷卻通道；一種是3D科學(xué)谷在之前的文章中提到的Fraunhofer使用的3DP粘結(jié)劑噴射技術(shù)。

- 選區(qū)激光熔化（SLM)的應(yīng)用

德國(guó)刀具制造企業(yè)高邁特（Komet）在非標(biāo)銑刀定制化生產(chǎn)領(lǐng)域也采用了選區(qū)激光熔化，用以加工銑刀中擁有密集出屑槽的刀體部分，刀柄仍然是通過(guò)機(jī)加工方式大批量制造的，最后通過(guò)激光焊接工藝將刀體和刀柄焊接在一起。

高邁特3D打印的非標(biāo)銑刀，圖片來(lái)源：雷尼紹

刀體出屑槽的密度、角度是影響刀具性能的主要因素。如果刀體中擁有密集的出屑槽則能夠提升刀具的進(jìn)給速度和切屑效率，高邁特所使用金屬3D打印技術(shù)不僅能夠制造出更高密度的出屑槽，而且使刀體制造效率得到提升。由于刀體中出屑槽的密度提高了，刀具在進(jìn)行材料加工時(shí)的效率也得到提升，特別是在切削鋁合金和碳纖維復(fù)合材料時(shí)可實(shí)現(xiàn)更高的材料切除率。在出屑槽的角度方面，高邁特通過(guò)3D打印術(shù)將螺旋角從4-5度提高到20度。通過(guò)3D打印制造出的刀具內(nèi)部冷卻通道具有復(fù)雜的螺旋狀幾何結(jié)構(gòu)，提高了冷卻液到刀具頂部的流動(dòng)過(guò)程中的熱傳導(dǎo)能力，提高刀具壽命以及刀具運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

瑪帕公司利用選區(qū)激光熔化創(chuàng)造QTD系列刀具復(fù)雜的螺旋冷卻通道，從而提高了冷卻液到鉆頭頂部的流動(dòng)過(guò)程中的熱傳導(dǎo)能力。瑪帕的鉆頭與之前的鉆頭相比使用壽命更長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)速度更快。通常這種內(nèi)冷的刀具直徑不能太小，在通過(guò)3D打印之前，瑪帕公司最小的直徑只能做到13mm, 而通過(guò)3D打印技術(shù)可以制造的范圍在8mm到32.75mm。對(duì)于液壓刀柄，瑪帕公司借助 3D打印技術(shù)找到了合適的解決方案，通過(guò)采用專門的鋼基金屬粉末以及重新涉及液壓刀柄的設(shè)計(jì)，瑪帕公司的新設(shè)計(jì)顯著提高了熱傳導(dǎo)的能力。

-3DP粘結(jié)劑噴射技術(shù)的應(yīng)用

德國(guó) Fraunhofer 研究所使用3DP粘合劑噴射技術(shù)打印生產(chǎn)硬質(zhì)合金模具。

3DP是一種粘結(jié)劑噴射打印技術(shù)，在這個(gè)過(guò)程中，陶瓷硬質(zhì)材料的粉末顆粒，包括碳化鎢顆粒通過(guò)含鈷、鎳或鐵的粘結(jié)材料層層打印粘結(jié)起來(lái)。這種粘合材料不僅是粉末層之間的粘結(jié)劑，還使得產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能并能生產(chǎn)完全致密的部件，甚至可以選擇性地調(diào)整彎曲強(qiáng)度、韌性和硬度。這些3D打印的硬質(zhì)合金模具比傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的模具具有更大的幾何槽形自由度，可以制成更復(fù)雜的幾何形狀。

哈爾濱理工大學(xué)也在進(jìn)行3DP的研究，通過(guò)3DP打印技術(shù)制備了硬質(zhì)合金球頭銑刀。