[发明专利]一种模具等离子3D打印再制造设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于快速成型技术领域，尤其是涉及一种模具等离子3D打印再制造设备及 方法。

背景技术

模具是指工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方 法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型产品的工具。模具的 成型面是指用以成型制品(也称产品)的表面，成型面为直接与所成型制品接触的表 面。其中，型腔的成型面是指用以成型制品的外表面，而型芯的成型面则是用以成型 制品的内表面。模具成型面的加工质量、加工精度及使用性能均要求较高，直接决定 所成型制品的加工质量和加工精度，在机械加工中，模具成型面需经机加工、清洗、 打磨等多个工序才能加工完成。模具使用过程中，需对成型面进行有效保护，一旦成 型面出现破损、开裂、磨损等缺陷，则直接影响模具的成型效果，甚至导致模具报废。

由于模具是产品成型加工中的重要工具，费用占产品成本的10％～30％。模具的失 效形式有表面磨损、表面剥落、崩角、表面裂纹等，模具失效导致产品不合格与模具 报废。产品不合格使直接生产成本提高；制造新模代替失效模具的费用巨大、生产周 期长，模具失效部分仅占模具的很少一部分，模具报废导致巨大的资源浪费。为了降 低产品成本，节约资源，对模具失效部位进行再制造是模具使用单位的常用方法。

目前，对模具进行再制造时，主要采用的是激光熔覆方法。如2007年10月11 日公开的公开号为CN101054667A的中国发明专利“激光修复高硬度发动机制件报废 模具的材料和制法及应用”中，公开了一种采用激光熔覆再制造的方法修复高硬度发 动机制件报废模具。2011年5月4日公开的公开号为CN102041502A的中国发明专利 “表面熔覆技术在模具修复中的应用”中，公开了一种采用激光熔覆再制造修复模具 的方法。2011年9月14日公开的公开号为CN102248164A的中国发明专利“一种激光 微区再制造梯度功能模具的方法”中，公开了一种采用同轴送粉激光熔覆再制造合成 梯度功能层修复模具的方法。2012年1月25日公开的公开号为CN102330084A的中国 发明专利申请文件中公开了一种采用激光熔覆修复模具的方法。2012年3月14日公 开的公开号为CN102373468A的中国发明专利申请文件中，公开了一种采用宽带激光 熔覆修复或进行表面强化模具的方法。2012年10月17日公开的公开号为 CN102732831A的中国发明专利申请文件中公开了一种激光修复汽车模具的工艺，先对 模具进行低温预热，然后对磨损部位型腔进行编程再制定工艺进行修复，同时也公开 了一种修复用的Fe基合金粉末。2013年3月27日公开的公开号为CN102995001A的 中国分明专利申请文件中公开了一种采用激光熔覆修复模具疲劳裂纹的方法，对小于 0.5mm和大于等于0.5mm的裂纹采用不同的裂纹加工处理工艺和激光熔覆工艺。2013 年12月25日公开的公开号为CN103469198A的中国发明专利申请文件中公开一种汽 车变速箱齿轮热锻模具激光再制造修复工艺，采用合金粉末，对模具熔覆后进行探伤 检验。2014年1月22日公开的公开号为CN103521923A的中国发明专利申请文件中公 开了一种激光熔丝修复模具的方法，需要对模具进行预热。2014年12月24日公开的 公开号为CN104233289A的中国发明专利申请文件中公开了一种采用高耐磨性激光熔 覆材料修复模具的方法，需要对模具进行预热，熔覆后采用连续波CO₂激光加工机进 行激光辐照处理，在激光熔覆过程中对模具进行震动失效处理。

但目前，所采用的激光熔覆再制造模具的方法，主要存在以下三方面问题：

第一、激光熔覆设备价格昂贵，同时，由于设备核心器件激光器系统的寿命短、 价格高，更换、维护成本高，使得采用激光熔覆再制造模具的成本非常高；

第二、模具的力学性能要求很高，激光熔覆后为了达到良好的性能，要求金属粉 末具有良好的流动性，一般应采用球形金属粉末，导致激光熔覆再制造模具的材料成 本高；

第三、激光熔覆再制造模具过程中，需要对熔池进行惰性气氛保护或全部过程在 保护气氛中进行。如果对熔池进行惰性气氛保护，熔池降温过快，使熔覆层应力较高， 同时，也容易导致粉末材料飞散，使熔化不充分，导致再制造的模具性能差，甚至开 裂报废，并且效率低。