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3D打印/增材制造技術可以實現(xiàn)復雜幾何形狀，制造出帶有復雜內(nèi)部通道的機械加工刀具，特別是特殊的非標刀具。由于刀具形狀的設計不受加工限制，在設計刀具時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爭力。

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

提升復雜刀具定制競爭力

Horn 為機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 意識到了3D打印技術的優(yōu)勢和競爭力，并開始使用應用該技術，包括刀具快速原型，直接制造特殊刀具和刀柄。為了促進增材制造的發(fā)展，Horn正在籌建一個新的“增材制造”生產(chǎn)部門，該部門與機械生產(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（SLM），該技術是將金屬粉末分層地施加到可降低的平臺上，然后通過激光將相關區(qū)域熔化，重復這一步驟直到達到所需的部件高度。目前Horn 使用的金屬3D打印設備最大構(gòu)建區(qū)域為300 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)合增材制造技術的優(yōu)勢和特點，設計特殊的刀具結(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，Horn可以結(jié)合其在機械加工和測量方面的優(yōu)勢滿足客戶的要求。

 Review

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

- 選區(qū)激光熔化（SLM)的應用

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

高邁特3D打印的非標銑刀，圖片來源：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給速度和切屑效率，高邁特所使用金屬3D打印技術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，刀具在進行材料加工時的效率也得到提升，特別是在切削鋁合金和碳纖維復合材料時可實現(xiàn)更高的材料切除率。在出屑槽的角度方面，高邁特通過3D打印術將螺旋角從4-5度提高到20度。通過3D打印制造出的刀具內(nèi)部冷卻通道具有復雜的螺旋狀幾何結(jié)構(gòu)，提高了冷卻液到刀具頂部的流動過程中的熱傳導能力，提高刀具壽命以及刀具運轉(zhuǎn)速度。

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

-3DP粘結(jié)劑噴射技術的應用

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

3DP是一種粘結(jié)劑噴射打印技術，在這個過程中，陶瓷硬質(zhì)材料的粉末顆粒，包括碳化鎢顆粒通過含鈷、鎳或鐵的粘結(jié)材料層層打印粘結(jié)起來。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，可以制成更復雜的幾何形狀。

哈爾濱理工大學也在進行3DP的研究，通過3DP打印技術制備了硬質(zhì)合金球頭銑刀。