3D打印随形冷却模具预型体及其水道残余粉末的排除方法与流程

本发明涉及金属选区激光熔化增材制造技术领域，具体是涉及一种3D打印随形冷却注塑模具水道残余粉末的排除方法。

背景技术：

受传统制造工艺限制，注塑模具冷却水道都是直线交叉型的，直接影响了模具的水路配置效能，导致注塑件不能在短时间内达到均匀的、有效的冷却，从而降低了注塑生产效率，危害了注塑件的质量和品质。选区激光熔化增材制造技术能够摆脱常规方法对模具水道加工的诸多限制，颠覆传统的设计思想，构造出具有复杂形状冷却水道的随形冷却模具。随形冷却方式与传统冷却方式的区别在于，其冷却水道的形状随着注塑模具的外形变化，不再是直线状的，这种水道很好地解决了传统冷却水道与模具型腔表面距离不一致的问题，可以使注塑件得到均匀的冷却，冷却效率更高。

由于选区激光熔化增材制造技术是采用聚焦光斑激光束有选择性的熔化30-60微米粒径的金属粉末，再通过层层叠加的形式获得具有冶金结合特征的功能零件，因此，随形冷却模具每层激光熔化过程中，水路的横截面是不受激光辐照的，由于水路的设计是闭环的，就导致模具3D打印完成后，水道中充满了残余粉末。

目前，排除残余粉末的普遍做法是在线切割取下模具制件后，用工业吸尘器对准模具水道入口吸出或者用压缩空气对准模具水道入口吹出粉末，对于要求严格的情况，可采用超声波震动进一步清除残余粉末。

然而，这些方法都不能保证完全清除水道中的残余粉末，一方面线切割的切削液与粉末接触后会粘黏在模具水道的内壁，导致粉末很难排除，另一方面强大气流的压缩空气的冲击会压实粉末，使粉末与模具水道内壁产生机械咬合。一旦残余粉末不能够被完全排除，在后续的热处理和使用中会造成很大的影响，例如：未排除的粉末在热处理时会与模具基体烧结在一起，部分堵塞水路，导致冷却效果急剧下降；或者混合在冷却水中的残余粉末会流动到注塑机阀门的密封处，影响阀门功效等。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种3D打印随形冷却模具预型体及其水道残余粉末的排除方法，以保证在模具热处理前完全排除水路中的残余粉末。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种3D打印随形冷却模具预型体，包括3D打印随形冷却模具，模具内部设计有水道，水道的水道出入口位于所述模具的底面上；

其特征在于：还包括一个结合在所述模具的底面上的支撑，所述支撑的表面积能够覆盖所述模具的底面，并能够封闭住所述底面上的水道出入口；

在支撑的底面设有对应着出水道出入口位置的凹陷结构，凹陷结构中设有疏松的网状支撑体。

所述的3D打印随形冷却模具预型体，其中：所述凹陷结构是球冠形凹陷。

本发明还提供一种3D打印随形冷却模具水道残余粉末的排除方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，设计一种3D打印随形冷却模具，模具内部设计有水道，水道的水道出入口设计在所述模具的底面上；

然后，根据模具的尺寸数据，设计一个支撑，所述支撑的表面积能够覆盖所述模具的底面，并能够封闭住所述底面上的水道出入口；

接下来，在支撑的底面设计对应着出水道出入口位置的中心位置标记，并以每个中心位置标记为最大开口圆的圆心在实体支撑的底面设计一个凹陷结构，并在凹陷结构中设计有疏松的网状支撑体；

接下来，实施3D打印制造；

打印完毕，取出制件，以支撑上具有凹陷结构的位置为切口位置，用线切割方式将制件分割开，得到由模具和支撑组成的3D打印随形冷却模具预型体；

然后，将切割下来的预型体清洗除油，去掉预型体底面上的网状支撑体，再对准预型体底面的凹陷结构的中心钻通孔；

然后，将预型体正立，通孔朝下，晃动预型体，使粉末从通孔中自然流出；

待粉末基本流净后，用压缩空气对准通孔的中心将水道中极少量的残余粉末一次性吹出。

从上述记载可知，本发明的优点在于，通过增加支撑，可便于预型体清洗除油，避免切削液与粉末接触后粘黏在模具水道的内壁，从而轻松将水道中的残余粉末完全清除下来。

附图说明

图1A、图1B为本发明提供的一种3D打印随形冷却模具数据模型及其实体型支撑的正面剖视图与仰视图；

图2A、图2B为本发明在水道出口的标记球冠形凹陷的示意图及其局部放大图；

图3A为本发明分离预型体和基板的切割示意图；

图3B是钻孔后的预型体的底面示意图。

附图标记说明：水道1；模具2；支撑3；水道出入口4；凹陷结构5；网状支撑体6；切口位置7；预型体8；基板9；通孔10。

具体实施方式

本发明提供一种3D打印随形冷却模具水道残余粉末的排除方法，包括如下步骤：

首先，如图1A、图1B所示，设计一种3D打印随形冷却模具(数据模型)，模具2内部设计有直径6mm的水道1，水道1的水道出入口4设计在所述模具2的底面上；

然后，如图1A、图1B所示，根据模具2的尺寸数据，设计一个厚度3mm的支撑3(数据模型)，所述支撑3的表面积能够覆盖所述模具2的底面，并能够封闭住所述底面上的水道出入口4；

接下来，如图2A、图2B所示，在支撑3的底面设计对应着出水道出入口4位置的中心位置标记，并以每个中心位置标记为最大开口圆的圆心在实体支撑3的底面设计一个球冠形凹陷结构5(数据模型)，凹陷结构5的最大开口圆直径优选5mm，凹陷结构5的高度优选2mm，并在凹陷结构5中设计有疏松的网状支撑体6(数据模型)；

接下来，用层厚50μm的参数在EOSM290选区激光熔化设备上实施3D打印制造；

打印完毕，取出制件，清理外表，再如图3所示，以支撑3上具有凹陷结构5的位置为切口位置7，用线切割方式将3D打印随形冷却模具的预型体8(由模具2和支撑3组成)和基板9分割开；

然后，将切割下来的预型体8清洗除油，用钳子去掉网状支撑体6，再用钻头对准预型体8底面的凹陷结构5的中心钻通孔10，钻通支撑3，钻孔直径5mm，钻床加工过程中不能使用冷却液；

然后，将预型体8正立，通孔10朝下，用力晃动预型体8，使粉末从通孔10中自然流出；

待粉末基本流净后，用压缩空气对准通孔10的中心将水道1中极少量的残余粉末一次性吹出，注意此时需保持水道1其它出口孔不被遮挡；

最后，预型体8可被放入真空炉中进行热处理，热处理后进行终尺寸加工和抛光处理。

由上述方法可知，本发明中提及的3D打印随形冷却模具预型体，包括3D打印随形冷却模具，模具2内部设计有水道1，水道1的水道出入口4位于所述模具2的底面上；

还包括一个结合在所述模具2的底面上的支撑3，所述支撑3的表面积能够覆盖所述模具2的底面，并能够封闭住所述底面上的水道出入口4；

在支撑3的底面设有对应着出水道出入口4位置的球冠形凹陷结构5，凹陷结构5中设有疏松的网状支撑体6。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离本申请所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。