金属3D打印助力模具企业重构设计

Nihonseiki Co Limited隶属于GMC Holdings Group，而后者现在是日本最大的模具制造商之一。作为一家成熟的压铸模具制造商，Nihonseiki公司拥有百年的发展历史，为1000多家日本和国际汽车制造商客户提供设计、制造和压铸模具服务。近年来，公司创新战略的一个核心要素是引入金属增材制造工艺并实现工业化生产。

初探增材制造工艺

事实上，Nihonseiki公司早在2015年就开始接触增材制造工艺。当时有一家汽车制造商就模具组件的一个部件与冷却通道设计，与公司进行了接触。据公司董事总经理Masato Matsubara解释，起初他们只是处理一些后处理工艺，例如加工、抛光和热处理由另一家公司使用金属3D打印机增材制造的模具。之后，随着公司获得更多的经验和专业知识，逐渐过渡到可以自主设计冷却通道的阶段。

2017年，Nihonseiki公司进行了一次大范围的市场调查以评估使用金属3D打印机的潜力，但当时的客户需求量较少，再加上可用于3D打印的金属材料选择有限，因此决定继续外包相关的铸造业务。那时，Nihonseiki公司就试图用SKD61（热作模具钢，一种在模具制造中常用的合金工具钢）代替马氏体时效钢。

SKD61比马氏体时效钢具有更好的坚韧性和导热性，用它可以生产出更薄的模具部件且不易断裂，可有效延长模具组件的使用寿命。2021年初，Nihonseiki公司收到了GE Additive公司在日本授权销售合作伙伴三菱公司Technos的提案，关于一种可用于金属3D打印机的SKD61等效材料。

经过调查评估，Nihonseiki公司决定购入两台GE Additive Concept Laser M2系统。今年，这家公司创建了一个支持金属3D打印设计的完整系统，从制造到维护。迄今为止，该公司已经为许多客户提出、制造和交付了使用马氏体时效钢改善模芯内部冷却的解决方案，但现在正计划全面转向SKD61等效材料。

通道设计自由度，提高冷却性能

Nihonseiki公司正在使用GE Additive金属增材技术解决模具制造中冷却通道的设计挑战。现在，公司可以生产包含任何形状的冷却通道模具，并实现传统加工工艺无法加工成型的模具。采用增材制造生产的模具，提高了冷却效率，使注射铝不仅能均匀冷却而且还能更快地缩短总循环时间。不仅提高了生产效率而且还提高了铸件质量。

铝压铸模具注入加热至660℃的液态铝合金。让铝冷却然后取出。提高生产效率需要减少冷却模具和注射铝所需的时间。这是通过在模具内部创建冷却通道循环冷却剂并加速冷却过程来实现的。减少模具冷却时间意味着设计可以均匀冷却整个模具的冷却通道，但今天的传统工艺仍然只能创建直通道。

如何更好地将增材制造融入模具设计是Nihonseiki公司面临的一个关键问题。目前，在模具制造厂，是否可以将产品设计融入产品往往依赖于经验判断。在这种情况下，Nihonseiki公司的目标是结合增材制造的设计自由度，实现制造周期的热传递可视化，以展示冷却分布的潜在改进解决方案，可以提供高质量和低成本的冷却。未来，公司希望利用迄今为止积累的所有技术，如流动模拟和力学性能计算的铸造条件分析，站在制造业的最前沿。

重组强强联合，专攻增材制造和研发

Nihonseiki公司的母公司GMC Holdings Group，正在以一个结合每个实体的力量的框架打开增材制造业务的大门。Nihonseiki公司和另一家集团下属公司Dynamo则负责制造和销售模具零件。当前，集团拥有3家公司200多台机床，以及众多优秀的设计工程师和CAM工程师。它以“没有我们不能制造的部分”为座右铭。
2021年8月，Nihonseiki公司成立了一家新公司Tooling Innovation，作为专门的增材制造和开发基地。该工厂能够通过金属3D打印进行从前处理到后处理的连续生产。该设施还设有陈列室，向客户介绍集团的增材制造技术。该工厂作为实验室与拥有相似技术的制造商合作，并与相关公司创造新的制造方法，共同推进增材制造技术。

如今，Nihonseiki公司已着眼于改变铝压铸行业，并期望在未来将业务扩展至其他领域。100年来，Nihonseiki公司一直在用模具行业的全新解决方案满足客户的需求。现在，它也将通过增材制造改变模具行业关于模具可以是什么以及压铸可以实现什么的传统观念。

来源：荣格-《国际工业激光商情》


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