刀夹具是金属切削机床上最重要的组件，特别是在是刀具的几何槽形，加热方式都很大影响着产品的机械加工效率与加工质量。近几年，3D打印机凭着独有的技术特点，在刀夹具领域的应用于可以说道正在南北两翼方向发展。3D打印机技术在刀具的应用于方面众多派系是3DP粘合剂喷气打印机技术，通过热处理后的刀具硬度可以符合应用于市场需求。

另众多派系是SLM金属3D打印机技术，通过粉末床选择性激光融化技术生产金属刀具类似的槽形或者刀具内部简单的加热地下通道。这两项技术更加引发刀具行业的推崇。

本期，3D科学谷与谷友联合来领略哈尔滨理工大学通过3DP打印机技术制取微织构硬质合金球头铣刀的技术。在工件加工钛合金时，钛合金与刀具之间的摩擦系数较小，钛合金切屑沿前刀面摩擦速度较高，轻微的摩擦造成刀具不易磨损及表面质量较好是容许钛合金发展的主要因素，钛合金零部件的使用性能好坏主要相结合于零件的加工质量，这类问题早已沦为航空航天涉及研究人员尤为注目问题之一。

近年来，仿生摩擦学明确提出了一种表面织构的概念。所谓表面织构(SurfaceTexturing)，又称表面微造型，是在摩擦面上加工出有具备一定尺寸和排序的凹坑或微小沟槽的图形。

高性能的表面织构可以构建较好的减摩、外用黏附和提升耐磨性，这给刀工表面状态减摩带给了新的研究方向，也获取了理论依据。当前，国内外有数少数学者展开了表面织构在工件刀具上的应用于，研究虽正处于跟上阶段，但其研究结果皆证明了表面微织构刀具备提升刀具切削性能的功效。关于微织构在刀具表面的应用于以及对刀具性能影响的研究还正处于跟上阶段，大多集中于在车削刀片以及可长号面铣刀片上，工件材料以45#钢和铝合金居多，仍未找到表面微织构应用于球头铣刀铣削钛合金的研究以及关于微织构优化的研究报导，因此转变钛合金目前的陈旧加工模式，为微织构刀具构建钛合金的高效高质量工件作出有益探寻。现有的表面微织构制取方法主要有：激光表面织构技术(LST)、表面激光喷丸(LPT)、LIGA技术、反应离子光刻(RIE)、压刻技术、电解质加工、电火花加工、电加工等。

这些技术都是在基材表面必要展开微区加工构建织构化，但多数现有织构化技术还是归属于“减材”生产技术，主要以光刻、压印等方式在表面构成单一的凹坑或凹槽居多，其中激光表面织构技术以其生产加工速度快，应用材料范围广，精度高，对环境无污染以及优良的形状、尺寸控制能力等优点被广泛应用在表面微织构领域。但是利用这种方法在刀具表面加工微织构时更容易在微织构周围产生热影响区以及微裂纹，不会影响刀具在加工时的强度以及使用寿命。随着塑料材料3D打印机技术比较成熟期，金属3D打印机技术凸显极大的发展潜力，沦为当今较慢成型领域最重要的发展方向和研究热点。金属3D打印机技术大多数使用的是以激光作为输出热源，通过融化或者工件金属粉末展开逐级变换打印机制件。

但是对于硬质合金这种两种性质差距较小的复合材料，其中WC归属于陶瓷类，熔点低；而Co归属于金属，熔点较低。虽然激光超过的温度不足以将WC熔融，但超过WC熔融的温度时，Co不会冷却，凝结后合金的组织无法符合作为硬质合金的拒绝。哈尔滨理工大学通过3DP粘合剂喷气3D打印机技术解决问题了现有3D打印机技术无法生产硬质合金刀具以及现有技术在刀具上制取的微织构不存在一些缺失等问题，进而明确提出一种基于3D打印机技术的微织构硬质合金球头铣刀制取方法。

具体来说还包括如下步骤：-制取YG8硬质合金球头铣刀粉末原料：YG8硬质合金球头铣刀粉末原料的主成分用料为8％的钴粉和92％的碳化钨粉；-制取有机粘结剂：有机粘合剂的主要成分还包括石蜡以及聚乙二醇、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇中的一种；-创建球头铣刀的刀—屑接触面：通过计算出来和实验来获得在等价切削用量条件下球头铣刀在加工过程中前刀面的刀—屑认识面积以及在前刀面上的方位；-创建微织构硬质合金球头铣刀的三维模型：使用上一步创建的刀—屑认识面积模型，然后在这个面积的区域以一定的微织构尺寸、深度和间距植入凹坑微织构模型，从而需要超过最差的减摩效果；-通过三维模型打印机微织构刀具实体；-后处理工艺：首先将微织构硬质合金刀具放进氢气环境下展开热脱脂处置，除去粘合剂；最后再行使用真空工件工艺对硬质合金微织构球头铣刀坯体展开工件处置，工件温度为1400°～1420°左右，工件过程持续时间为3～6小时；最后使微织构硬质合金球头铣刀超过100％的密度以及充足的强度。3DP是一种粘合剂喷气打印机技术，哈尔滨理工大学通过3DP技术和后处理技术制取的微织构硬质合金球头铣刀需要使刀具抵达100％的密度，并且经过后处理后的紧实度和强度需要与传统加工方式获得的硬质合金刀具大致相同。

基于硬质合金球头铣刀的简单形状，使用传统的加工方式制取过程不会较为困难，而且还不会导致材料的浪费。哈尔滨理工大学的制取方法来制取的微织构硬质合金球头铣刀需要获得的尺寸精度更高，而且还在前刀面上创建出有特有的刀—屑认识模型，需要构建在该认识面积上打印机出有直径从50微米到200微米的凹坑微织构阵列，并且尺寸精度十分低。与目前在硬质合金球头铣刀上制取微织构的方法比起，哈尔滨理工大学除了需要生产出有简单形状的球头铣刀之外，还可以在球头铣刀前刀面刀—屑接触区制取出有外形尺寸更加准确的凹坑微织构阵列，从而可超过在工件加工时增大刀—屑的认识面积、减少刀—屑接触区的摩擦系数、增加刀具的磨损。

哈尔滨理工大学还解决了使用传统技术在硬质合金球头铣刀上制取微织构的一些缺失。例如，利用激光技术在硬质合金球头铣刀上制取的微织构尺寸精度非常低；硬质合金表面在高温熔融过程中还可能会与空气中的氧反应，造成刀具的成分发生变化；在微织构周围还不会产生热影响区，有可能产生微裂纹等都会影响刀具的使用寿命。

因此哈尔滨理工大学在提升硬质合金球头铣刀结构强度的同时还更进一步提高了微织构刀具的减摩抗磨性能，从而提升其使用寿命。根据3D科学谷的市场研究，用于3DP粘合剂喷气三维打印机技术生产硬质合金刀具在国外有数。德国弗朗霍夫（Fraunhofer）研究所的研究人员就顺利地用于3DP粘合剂喷气三维打印机技术生产硬质合金刀具。

通过3DP打印机硬质合金粉末，研究所需要精彩创立简单的设计。在这个过程中，陶瓷硬质材料的粉末颗粒，还包括碳化钨颗粒通过不含钴、镍或铁的粘合材料层层打印机粘合一起。

这种黏合材料不仅是粉末层之间的粘合剂，还使得产品具备较好的机械性能并能生产几乎颗粒的部件，甚至可以选择性地调整倾斜强度、韧性和硬度。先前的处置还包括工件处置，获得与传统加工方式完全一致的硬质合金模具紧实度。而某种程度哈尔滨理工大学和Fraunhofer研究所运用的3DP技术，低迈特公司还用于了SLM金属3D打印机技术和机械加工技术用作生产铣刀。铣刀中享有密集出屑槽的刀体部分是通过金属3D打印机技术生产的自定义化非标产品，刀柄部分则是通过机械加工技术批量化生产的标准产品。

另外一家，玛帕公司还通过3D打印机技术建构出有QTD系列刀具简单的螺旋加热地下通道，从而提升了冷却液到钻头顶部的流动过程中的热传导能力。玛帕的钻头与之前的钻头比起使用寿命更长、运转速度更加慢。

无论是3DP技术用作硬质合金刀具的生产还是SLM技术用作金属刀头和刀柄的生产，3D打印机技术在刀具领域的生产方面占据更加最重要的方位。

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