日本金屬粉末激光造型復(fù)合加工技術(shù)但其能夠真正成為一種具有實(shí)用價(jià)值的新型加工技術(shù)，主要還是依靠了日本OPM公司多年以來的銳意進(jìn)取和不懈努力。OPM公司擁有該項(xiàng)技術(shù)的CAM軟件專利，并在實(shí)用性和量化生產(chǎn)上作出了重大貢獻(xiàn)，為此還獲得了日本政府頒發(fā)的制造業(yè)大獎(jiǎng)。日本松井制作所（MATSUI）從四年前開始，就把這項(xiàng)技術(shù)介紹推廣到包括臺(tái)灣、香港和大陸在內(nèi)的大中華地區(qū)。2014年10月，日本Sodick公司推出了OPM250L型

號(hào)的金屬3D打印復(fù)合加工機(jī)。這是一項(xiàng)由日本政府與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界，作為國(guó)家戰(zhàn)略而共同推進(jìn)的高新技術(shù)。最初是由日本松下電工在單純的金屬粉末鐳射造型技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)合加工的思路，并申請(qǐng)了基本專利。日本金屬粉末激光造型復(fù)合加工技術(shù)的背景金屬3D打印復(fù)合加工機(jī)

OPM250LOPMtechnology金屬3D打印機(jī)OPM250L首次登日本國(guó)際機(jī)床展2014年10.30（四）～11.4（二）日本國(guó)際塑料機(jī)械展覽會(huì)2014年10.28（二）～11.1（六）3':0,831,I1創(chuàng)

造

未

來PF

APANOPMtechnology場(chǎng)2014從應(yīng)用案例開始從應(yīng)用案例開始OPMtechnologyConformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyΦ4×2Φ3

×2Φ3×6Φ4x2Conformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyCavity8φConformal

cooling

channel

。。。。。。OPMtechnologyCoreConformal

cooling

channel

。。。。。。Showningreencolor

is

aproduct CorepinconformalcoolingCoreconformalcoolingCavityconformalcooling

3curcitscl-ce

OPM

technology加工原理與特點(diǎn)加工原理與特點(diǎn)OPMtechnology從金屬粉末一步到位完成造型加工

而且含有內(nèi)部水路和局部排氣功能金屬粉末硬度：Hrc33高強(qiáng)度熱處理后：Hrc50金屬3D打印復(fù)合加工機(jī)OPM250L加工原理與特點(diǎn)OPMtechnologyComplicated

structureZoomAccuracy5/1000Core

for

impact

driver(material:

YAGHrc50)ConformalcoolingThe

Coolingtimecanbeshortened

by50%.OPMtechnologyZoom銑刀主軸轉(zhuǎn)速45,000min金屬粉末鐳射造形技術(shù)高速銑削加工技術(shù)鐳射熔融功率500W加工機(jī)的基本構(gòu)成OPMtechnologyOPM250L鐳射第一層熔化有效刃長(zhǎng)熔化

?

積層銑刀頭表面精加工熔化

?

積層與銑削

不斷重復(fù)熔化

?

積層

表面銑削精加工粉末箱加工裝置概要及加工過程OPM250L鐳射發(fā)生器檢流計(jì)掃描OPMtechnology加工平臺(tái)（Z軸）高速銑削覆層刮刀鐳射熔化X軸Y軸CCD攝像頭粉末材料集光透鏡反射鏡主軸10

μm鐳射輸出功率功率：500W類型：Yb光纖鐳射主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速：45,000

min-1扭矩：0.8

Nm最大工件尺寸□250x

H250

mm最大粉末供應(yīng)量90kg（馬氏體時(shí)效鋼）ATC

刀具數(shù)量

16把(熱壓配合式)□250

mmOPM250L金屬3D打印復(fù)合加工機(jī)概要OPMtechnologyH250

mm

OPMtechnologyManufacturing

Data

CreationPART

DESIGNMANUFACTURING

DATAMANUFACTURE與單純鐳射造型的比較與單純鐳射造型的比較OPMtechnology金屬粉末鐳射造型的技術(shù)難題底板翹曲Warpage

problemCaseexample：Coreforconnecter（210mm×210mm）OPMtechnologyBase

plate

2mmSinteredCenter Misalignment

between

cad

data

and

sintered

object

on

condition

that

is

used

galvano

The

base

plate

and

sintered

object

are

warped

by

inner

stresses.

Itcan’t

measureaccuratedimensions

from

fiducial

surfacesofthe

plateAt

leastmachined

surfaceYUnmeasurablestateCycleofexpansionandcontraction可同步切削出

基準(zhǔn)面OurtechnologyMeasurable

state Solely

laser

meltingOPMtechnologyGalvanoscannerMisalignmentWarpageMillingYZXZXInside3Dcooling

channelSectionof

partImprovingthe

innersurfaceofacooling

channel

Ellipsewidth

1.5灬=4diameterINLETOUTLETOPMtechnologyOPM

technology

Only

laser

melting切削加工水路表面OPMtechnologyTrue

circleTrue

circleOPMtechnology

?linearcoefficientofexpansionSet

base

plate

（線膨張系數(shù)）?flatnessmeasurement（平行測(cè)定）SLM＋Milling?machinedsurface（切削/基準(zhǔn)面）Measureon

LUMEX(プローブヘッドによる造形物測(cè)定/

同一機(jī)械上）accuracy

partMeasure

on

LUMEX（3次元測(cè)定）Heat

treatment（正しい熱処理）Measure（測(cè)定）The

following

process（次工程）measured

result（測(cè)定結(jié)果）

Suitable

forhighmeasured

result（測(cè)定結(jié)果）可在造型機(jī)內(nèi)

實(shí)施三維測(cè)量?surplus

（加工代）?machinedsurface（切削/基準(zhǔn)面）flatnessmeasurement

on

LUMEX

（平行度測(cè)定/同一機(jī)械上）適宜于高精度模具零件Optimized3dmodel（最適化した形狀）MethodLaser

sintering

soloOne

ProcessMachining(OPM)工法：

增量加工＋除去加工Complicate

structure

（精度要求高，外形復(fù)雜

的模具零件）工法：

增量加工Representative

sintered

objectsSimple

structure（只適宜于外形簡(jiǎn)單，

又可以實(shí)施后續(xù)加工的◎表面粗さ?Ry

<

1～2μ以下◎寸法精度

?±5/1000模具零件。）表面粗さ?Ry

50μOPMtechnology與傳統(tǒng)加工手法的比較與傳統(tǒng)加工手法的比較OPMtechnologyONE-PROCESS加工（放電LESS）金屬粉末鐳射造型復(fù)合加工法

（

一

步到位）工法：

除去加工

工法：

增量加工＋除去加工傳統(tǒng)的模具加工方法

（多道工序）OPMtechnology設(shè)計(jì)重點(diǎn)（通過零件分割最小化削減工期以及成本）取消了以往的電極制作、放電加工、可以大幅度縮短工期一般工法需要分割25個(gè)零件

→

可實(shí)現(xiàn)從一體制作以及考量到設(shè)變的最小化分割關(guān)于設(shè)計(jì)模具（最少數(shù)分割）cl-ce

OPM

technology一體制作（不用分割）分割3分割2分割12、

金屬鐳射造型復(fù)合加工法（一體的情況）/

13天（費(fèi)用150萬日元）(3、

金屬鐳射造型復(fù)合加工法（分割3個(gè)）*3臺(tái)同時(shí)加工/制作時(shí)間7天(（費(fèi)用150萬日元）素材加工（WIRE)*分割20件分割模仁粗加工（加工中心)分割模仁精加工（加工中心)分割模仁/電極加工（放電)E-PIN/孔（NC/線割）電極制作（放電)100種＊粗/精加工200個(gè)基座金屬激光造型復(fù)合加工一體E-PIN/孔

加工加工（NC加工中心)/細(xì)孔）1天10天2天分割1

3天E-PIN/孔基座加工加工中心1天加工（NC線割）2天分割2

3天分割34天1、

以往工法/制作時(shí)間40天（費(fèi)用300萬日元）67.5％工期削減/50％成本削減可能82.5％工期削減/50％成本削減達(dá)成OPM

technology

日本案例/)日本案例（電動(dòng)工具模仁）Suitable

for

precisionindustryFinetexture,smoothmillingsurfaceWiththetraditional

method,thecoreiscomposedof25coremembers.OPMtechnologySinteredobject+

measuring

surfaceforthefollowingprocessConventionalmethod+measuringsurfaceMillingfollowinglaser

melting

insequencewithout

dismountinglaser

MillingLaser

melting

and

highspeed

milling金屬粉末鐳射造型復(fù)合加工法的三種選擇laser

MillingOPMtechnologyL金屬粉末材料的特點(diǎn)金屬粉末材料的特點(diǎn)OPMtechnology材料抗拉強(qiáng)度(MPa)彈性(%)0.2%

屈服

應(yīng)力(MPa)楊氏模量(GPa)維氏硬度HV洛氏硬度HRCOPM-Super

StarCorrespond

to

STAVAX淬火Over1698-Over1410182-52(56-57)OPM-UltraMaraging淬火990(1992)20(15)820(1930)185-38(52-54)Ti-6Al-7NbTi-6Al-4V-------OPM-NiMarkCorrespondtoNAK80淬火現(xiàn)在開發(fā)中40OPM-SKD淬火現(xiàn)在開發(fā)中61用于3D打印注塑模具的金屬粉末材料OPMtechnologyL590HV380HV

230HV200HVstableSUSx400S50Cx400SUS的金相組織internalcompositionRockwellS50C58.0HRA≒0HRCSUS42079.1HRA≒56.1HRCSUS

After

heat

treatmentOPMtechnology

LYAG

Fatiguespecimenofmaragingsteelx400NAK

MaragingsteelFatigue

testNAKMaragingsteellasersurfacealloyedborderlinetoughnessOPMtechnologyLaser

meltedNAKL控制鐳射照射條件實(shí)現(xiàn)金屬粉末組織最適化造形物の斷面

α/オーステナイトSCM(SUS系）可通過控制鐳射照射條件，基本消除材料中出現(xiàn)氣泡Lsoclic

OPM

technology(×

25）0.5mmDevelopingtheoptimizedlaserconditionfor

new

metal

powderthroughthe

useof“

high

speed

camera”O(jiān)PMtechnologyLPhase1:

33

-

68mesure

resultμ

m2（Hole

area）%11146.930.052817.260.033338.000.014680.990.035547.490.026617.010.037514.950.028307.490.0191313.160.0610869.950.04111420.220.0612660.090.03131009.180.0414376.460.0215712.970.03Hole

average0.03Melting

average99.97%SUS溶融率

SUS

Hole

average

Digitalizationx15times鏡面精度效果OPMtechnology1.38mm1.4mmLガス抜き用ポーラス造形技術(shù)は、材料及びレーザ條件を最適化し

空孔、通気率を制御できるように研究開発を行い、現(xiàn)在までに?通気偏差及びバラツキを最小限化。?通気性能別のレーザ條件を最適化。?材料成分を獨(dú)自調(diào)整し、性能を向上。完了し、本技術(shù)データを基に根拠のあるポーラス造形を行っております。

同時(shí)に質(zhì)量チェックを行う體制にしております。検査冶具20倍3倍空孔大3倍空孔小20倍控制鐳射照射條件實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)表面

ポーラス造形によるガス抜き制御サンプルBサンプルA可控制：氣孔大小通氣率不可控：氣孔形狀〈多孔質(zhì)專用材料〉ポーラス専用材料Aポーラス専用材料BOPMtechnologyLPictureMelting

area

完全熔化區(qū)域Porous

area

多孔質(zhì)區(qū)域CADmodelMeltingarea

PorousareaFeature>>DegassingchannelUseinformationSample

block(Porous&Melt)Hardness:HRC50Size:38x38x10fabricationtime:10h(including:Lasertime:5h)示例樣板（多孔質(zhì)與完全熔化）OPMtechnologyL開發(fā)中的最新技術(shù)開發(fā)中的最新技術(shù)OPMtechnology高精度（面精度Ra0.86μm、Rz5.89μm）3．復(fù)雜形狀也可采用一體化構(gòu)造

4．可任意構(gòu)筑3D隨形冷卻水路完全消除拼裝累計(jì)誤差

合理而高效地冷卻不需要電火花加工深槽金屬粉末鐳射造型復(fù)合加工法用于模具制造的優(yōu)點(diǎn)1.

復(fù)雜形狀也可一次性加工完成大幅縮短模具制作周期2．可自由地構(gòu)筑多孔質(zhì)表面層輕松解決模內(nèi)排氣OPMtechnologySectionL20mm10mm家電制品試作品電子部品試作品電子部品量産品?ターゲ精密電子部

試作品

?高精度品&高速化

精密電子部品10，000

100,000

200,000

300,000

500,000

1,000,000量産性(ショット數(shù)）

X〔Shot數(shù)〕金屬粉末鐳射造型復(fù)合加工法的模具加工適用范圍±30±20±10±1±5/1000達(dá)成、硬度Hrc50達(dá)成家電制品量産品現(xiàn)狀OPMtechnology寸法精度

(

μ)7年前Y[μ]量産品ットL單行模式1

年后OPM250L250x250x250金屬粉末鐳射造型復(fù)合加工法的未來規(guī)劃

OPM600L600x600x600提高速度和工作尺寸OPM350L350x350x350增加功率并行模式多模30

50

75速度(cc/h)尺寸(mm)OPMtechnology2年后L采用專用夾具實(shí)現(xiàn)9塊單獨(dú)模仁一次造形Video

LsooclicOPM

technology應(yīng)用于量產(chǎn)的金屬3D打印最新技術(shù)采用專用夾具實(shí)現(xiàn)多模塊同時(shí)造形新技術(shù)LsooclicOPM

technology各種加工工序間緊密結(jié)合開發(fā)中可通用固定夾具3D3D水路模具利用案例OPMtechnology/

3D水路模仁蓄熱改善用于制造瓶胚模具（3D水路）JIMTOF展示OPMtechnologyL用于制造瓶胚模具（3D水路）用于制造瓶胚內(nèi)芯（3D水路）OPMtechnologyL新!!

金屬

3D打印機(jī)

OPM250L智能手機(jī)外殼工具注塑機(jī)(GL60)Case

example

“Molding

for

smartphone

”智能手機(jī)成形例OPMtechnologyL尺寸：122.7mm×59.8mm×10.9mm厚度：2mm體積：20.2cm3智能手機(jī)外殼成形例OPMtechnologyLMovableside(動(dòng)模）Stationaryside（定模）Perfectconformalcoolingchannelinsidetooling

forsmartphone

case

3D冷卻水路全覆蓋的智能電話外殼模具OPMtechnologyL定模固定板骨架模型動(dòng)模固定板頂出滑塊OPMtechnologyLCAV冷卻回路CAV冷卻回路COR冷卻回路成形品進(jìn)膠口位置COR冷卻回路斜頂滑塊冷卻回路進(jìn)膠口位置Comparenormalcoolingchannelto

conformalone

傳統(tǒng)冷卻水管和3D冷卻水路的比較（產(chǎn)品部）OPMtechnology成形品LINOUTININOUTOUTINOUTOUTININOUTPerfectConformal

Cooling完全隨形的3D冷卻水路OPMtechnologyL傳統(tǒng)隨形There

is

a

difference

20

degree

Celsius

betweennormalandconformalatcoreandcavityside.傳統(tǒng)水路與3D水路之間樹脂溫度相差20℃樹脂溫度結(jié)果(平均值)樹脂固話平均溫度（冷卻時(shí)間結(jié)束時(shí)）成形周期冷卻時(shí)間23

sec8

secOPMtechnologyL模具背面斜頂滑塊調(diào)溫模具調(diào)溫機(jī)(2臺(tái))Moldtemperatureadjustingcircuitfor

injection

machine注塑機(jī)最理想的溫度調(diào)節(jié)回路Cavity/Core調(diào)溫模具前面OPMtechnologyL成形周期(Molding

cycle)22sec27sec32sec冷卻時(shí)間(Coolingtime)5sec10sec15sec傳統(tǒng)冷卻回路(Normal)0.60mm0.35mm0.20mm3D冷卻回路Conformalcooling0.25mm0.15mm0.15mm0.7

改善2.6倍!!0.60.50.4Normal0.3

5sec13sec0.20.105sec

10

sec

15sec傳統(tǒng)/3D

=16sec/3sec=2.6fold(2.6倍性能)Test

for

Warpage變形A（Amountofwarpage)變形實(shí)驗(yàn)OPMtechnologyConformalL3D