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個案研究：MS1馬氏體时效鋼模具鑲塊與隨形冷卻

材料：MS1 / 1.2709 (X3NiCoMoTi18-9-5) | 工藝：選擇性激光熔融 + 時效處理 | 高氣穴塑料注塑模具

金屬3D打印個案研究

1. 背景介紹

一家精密塑料注塑廠正在大型注塑機上生產16腔薄壁包裝零件。傳統模具使用P20工具鋼芯，配備直鑽冷卻通道，而腔體佈局使得無法在門口附近鑽製水路。結果是零件角落發生翹曲，報廢率達8%，且冷卻時間佔擊週的主導地位。需要使用馬氏體時效鋼的隨形冷卻鑲塊——通道能沿著腔體幾何形狀延伸到傳統鑽頭無法到達的角落——以控制擊週時間和報廢率。

2. 挑戰

設計要求包括：

· 16個內部隨形冷卻端口，圍繞腔體佈局排列，通道沿著腔體輪廓延伸到門口角落

· MS1 (1.2709) 馬氏體時效鋼——時效處理後硬度為HRC 50-55，可拋光至SPI-A3鏡面光潔度

· 每個內部端口相對於腔體表面的位置精度為±0.05毫米

· 通道濕潤表面無支撐標記（打印時為自支撐幾何形狀）

· 整體硬化能力——從腔體表面到鑲塊核心均勻硬度，無軟點

· 3周內交付首件試模

3.解决方案

模仁经过重新设计，采用拓扑优化的随形冷却通道，环绕型腔布局——包括传统钻孔无法到达的浇口角落——并使用选择性激光熔融（SLM）工艺以MS1（1.2709）马氏体时效钢粉末制造。SLM工艺在一次构建中打印出复杂的通道网络、中央主入口、16个以上的出口端口和型腔面向几何结构，无需钎焊接头和钻孔。所有通道在打印过程中都设计为自支撑，因此湿润表面为制造状态——无需突破或密封支撑痕迹。

打印后，模仁在490°C下进行应力消除，在820°C下进行固溶处理，在480°C下时效处理5小时以达到HRC 50-55，然后对型腔面进行精加工并抛光至SPI-A3。选择马氏体时效钢是因为它能从表面到芯部均匀硬化（无脱碳风险），通过时效处理保持尺寸稳定性（<0.05%变形），并能抛光到化妆品包装部件所需的光学表面光洁度。

 

图1：SLM打印的MS1（1.2709）马氏体时效钢模仁——中央主入口，16个以上阵列出口端口，制造状态的湿润表面。时效处理后，模仁达到HRC 50-55，并在型腔面抛光至SPI-A3。

4.結果

· 35% 週期時間減少 — 從28秒減少到18秒，在首次優化運行中

· 50% 廢料減少 — 從8%減少到4% — 消除了角落翹曲

· HRC 50-55均勻硬度 — 沒有軟點，腔體表面拋光至SPI-A3

· ±0.05 mm端口精度 — 16+通道，每個端口相對於腔體都在公差範圍內

· 自支撐通道 — 建成濕潤表面，無需密封支撐標記

· 交貨時間：3週 — 從CAD到老化、拋光、可安裝的插入件

“成形通道抵達了我們無法鑽孔的角落。首次試產品的週期時間下降了35%，馬氏體鋼拋光後達到鏡面效果，沒有軟點。”

 

材料：MS1 / 1.2709馬氏體鋼  |  工藝：SLM + 老化  |  應用：成形冷卻模具插入件