[发明专利]一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法

权利要求书

1.一种金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，设计模具

根据塑件的三维模型，对塑件的结构、形状、装配尺寸要求进行分析，确定模具类型和总体尺寸结构；

步骤二，设计随形冷却水路

根据塑件外形尺寸设计冷却水道分布，保证其到模具表面的距离一致，从而确保模具的均匀冷却；

步骤三，设计自支撑结构

在冷却水道内部添加支撑结构，并获得自支撑水道随形冷却模具的三维模型，将其保存为STL文件；

步骤四，获取切片数据

将三维模型导入切片Magics软件中，设定好打印模具的摆放位置，按照设定层厚对模具进行切片处理，获得激光扫描路径并将其导入金属3D打印设备中；

步骤五，调试金属3D打印设备

清理金属3D打印设备的成型腔，在成型腔中安装调平好成型基板并对基板进行预热，将金属粉末材料倒入供粉缸后关闭仓门；设定金属3D打印设备的成型工艺参数，对成型腔内排气并通入高纯氮气；

步骤六，打印制造

金属3D打印设备开始打印，刮粉刀进行铺粉，激光按照切片数据对基板上的金属粉末进行逐层扫描打印；

步骤七，每打印完一层，成型基板下降一个铺粉层厚度，重复步骤六直至自支撑流道的随形冷却模具打印成型完成。

2.根据权利要求1所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤一中，三维模型采用UG进行绘制，并将其保存为STL文件格式。

3.根据权利要求2所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤二中，设计冷却水道分布，是指利用Moldflow软件对塑件进行模流分析，确定积热区域并根据其形状特征进行随形冷却水路优化设计；在Moldflow软件中模拟注塑生产，优化得到最佳水路结构设计后，将构建的随形冷却水路三维模型保存为STL格式。

4.根据权利要求2所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤三中，在冷却水道内部添加支撑结构，是指在Magics软件中对随形冷却水路添加自支撑结构；

所述支撑结构的立方体结构单胞支柱与水平面呈≥45°倾斜角，以便支撑结构的顺利成型；支撑结构的每个单元体由四个支柱交叉组成，同时在每个单元的交叉处设置中心球体以减少支柱交叉节点处的应力集中；

5.根据权利要求4所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤四中，在使用Magics软件进行切片处理时，设定切片厚度和金属3D打印设备的铺粉厚度一致。

6.根据权利要求5所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤五中，将成型基板使用螺钉安装固定在成型基台上，并通过钢尺检验基板是否与成型基台保持水平，同时调整刮粉刀，使其底部与成型基板表面恰好接触；

步骤五中，根据打印零件的层数计算出打印所需的金属粉末量，倒入供粉缸粉末的量为打印所需的粉末两倍，以保证打印过程中粉末充足，再调整供粉缸中粉末高度使其与刮粉刀底部恰好接触；

步骤五中，设置基板的预热温度为160℃；预热基板可降低高温熔池与凝固区域之间的温度梯度，从而有效降低成型过程中模具的残余应力和开裂倾向，同时能显著减少缺陷含量；

步骤五中，金属3D打印过程中，扫描策略设置为Stripe扫描模式，Stripe宽度(L)均采用10mm；同一层中Stripe的扫描方向一致；层与层之间，Stripe扫描方向旋转67°，可以减少扫描方向的重叠次数，有利于提高成型件的致密性。

7.根据权利要求6所述金属3D打印制备自支撑流道的随形冷却模具制造方法，其特征在于：

步骤七中，每打印完一层，成型基板下降一个铺粉层厚度具体是指：激光打印一层后，基板下降一个切片厚度的高度，供粉缸上升两个切片厚度的高度，以保证基板表面有充足的金属粉末。