在过去的几年里,车辆塑料零部件的质量已大幅提高:复杂性、高拟合精度、视觉吸引力和表面触感 全部满足对一流品质的不断需求——甚至是很多高价模型中的要求。制造商和供应商正在依赖越来越 多的高科技解决方案。捷克共和国公司 Innomia a.s. 活跃的行业之一就是汽车行业。该公司已成为直 接金属激光烧结(DMLS)优势的积极倡导者。公司的产品组合包括原型结构、注塑模具和铸造工具 用嵌件的制造以及模具维修等。在 EOS 技术的帮助下,DMLS 专业人员已能够支持汽车供应商 Magna优化注塑塑料零件的生产过程。这涉及到冷却过程的修改。此案例主要关注前座椅之间的扶手 的制造。

挑战
中央扶手塑料零部件由 Magna—Innomia 的一家供应商 进行制造。生产基于传统的注塑 过程。这一过程包括融化装满玻 璃纤维的塑料,注入模腔,然后 固化。零部件之后可拆下,并准 备发送给汽车制造商或供应链中 的其他供应商。简化型号也不过 如此。事实上,这是一个非常复 杂的过程,其中每个步骤必须完 美运作。液态基材的热量需要通过制造工具消散,以使塑料能够固化。其中主要的是冷却过程会影响零部件的质量,因为不规则的散热会导致变形。除此之外,温度控制对于决定生产周期时间具有非常重要的作用。散热越快,即可更快地取出零部件,然后生产下一个零部件。
迄今为止使用的模具嵌件均采用 极其导热的铍铜合金制造,并且 只能通过嵌件的一侧进行冷却。 这意味着温度分布不均匀。冷却 水需要温度非常低,仅 16 °C, 以吸收热量。嵌件表面高温达 120°C,附近会产生湿气,从而会加速腐蚀。这导致每一到两周就需要进行成本高昂的清洁。模芯的硬度需要能够防止定期清洁过程对表面的损坏。

解决方案
按照这种逻辑,Innomia 的设计 人员开始开发新的模具嵌件冷却 系统。优化生产过程中的散热当 属首要任务。团队决定组合集成 的精密冷却通道、DMLS 技术下 进行尝试和试验的应用以及只有 增材制造过程能够提供的一种解 决方案。EOSINT M 270 是多年 来久经考验的一个系统,且已为 Innomia 部署。
冷却通道的直径仅 3 mm。所选 的金属为马氏体时效钢 1.2709。 根据三维数据分层应用并熔化金 属粉末的制造过程使得捷克专家 员工能够通过后期处理将硬度增 加到 50 HRC 以上。这些机械特 性能够保证高度耐磨,从而降低 维护成本。
“DMLS 过程通过采用 EOSINT M 270,使我们能够制造极其耐 磨的零部件,同时成功保持在设 计方面的可靠方法优势并缩短周 期时间,”Innomia CEO Luboš Rozkošný 解释说,“由于集成 在精度最佳的零部件中的冷却通 道,我们以有限的成本解决了生 产过程的主要挑战。”

结果
采用增材制造技术实现的精密冷却和生产达到了预期的结果。温度分布以及相关的散热现在更加均匀。由于热量会分散并且会更快地从模具和零部件中消散,因 此 60 °C 的水温足以进行冷却—减少所需的能量。嵌件表面本身不会升温到 90 °C 以上,使工程师可以进一步解决周围区域的湿度问题。
由于 Innomia 和 EOS 技 术,Magna从可延长至 5 到 6 周 的维护周期中受益。空气湿度凝 结和可能的模腔腐蚀问题彻底解决。均匀冷却通道效果良好,使现在的生产周期所需的时间比以前缩短 17%。由于热量分布和散热均匀、快速,零部件不再变形。这将对制造的质量和速度具有直接和积极的影响。生产周期缩短以及最终产品的质量提高是同时实现的了两大好处。370,000 个循环之后,Innomia 和Magna 进一步改善了结果。在这一期间,总成本节约已达到约 20,000 欧元。
Magna模具维护主管 Pavel Strnadek 对这一结果非常满意:“冷却问题是我们长期以来 一直试图解决的问题。我们知道改善产品的外观,但是却不能完成制造。增材制造使我们取得了突破。我们能够规划所期望的冷却通道,然后相应地制造模芯。 激光会逐层熔化金属粉,因此能够制造任何形状。结果在每一层 面都令我们信服。维护、最终产品的质量、成本、散热—这是一个完美的项目。”增材制造技术正在帮助公司实现汽车制造方面的质量承诺—Škoda 的供应商 Magna每天都在展示这一点。