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CN106488817A - 在重力硬模铸造工艺的激光熔化（sls）中的逐层制造方法 - Google Patents

在重力硬模铸造工艺的激光熔化（sls）中的逐层制造方法 Download PDF

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CN106488817A
CN106488817A CN201580027825.5A CN201580027825A CN106488817A CN 106488817 A CN106488817 A CN 106488817A CN 201580027825 A CN201580027825 A CN 201580027825A CN 106488817 A CN106488817 A CN 106488817A
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Abstract

本发明涉及用于制造铸造模具、特别是硬模的直接金属激光烧结(DMLS)的应用，用以阻止以重力硬模铸造工艺制成的内燃机活塞中的气态夹杂，其中，铸造模具的至少一个区域具有用于导出空气的多个小开口、特别是微孔，以及本发明涉及一种用于制造铸造模具、特别是硬模的方法，所述铸造模具用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺。

Description

在重力硬模铸造工艺的激光熔化(SLS)中的逐层制造方法
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求的相应前序部分所述特征的用于重力硬模铸造工艺、特别是用于制造内燃机活塞的经激光烧结的铸造模具。
背景技术
在硬模铸造中，熔体在重力影响下或在小压力下在永久铸模中上升或下降地浇注。
DE102014211350A1涉及一种由金属或金属合金制成的内燃机活塞，其中，所述活塞或至少一个活塞部分以基于熔模的铸造方法以基于永久铸模的铸造方法制造，以及涉及一种用于其制造的方法。重力硬模铸造方法在这里作为基于永久铸模的用于制造活塞的方法公开。
以重力硬模铸造工艺，熔体在重力影响下通过铸造系统浇注到铸造模具、模具(硬模)中。所出现的收缩孔隙度通过所谓的加料器补上并且材料的凝固通过铸模的冷却控制。由于小的孔隙度，能够通过热处理取得非常好的机械特性。
主要应用领域是用于制造内燃机活塞的轻金属硬模铸造工艺(铝硬模铸造合金和镁合金)。
填充可以在简单的铸造模具中由手进行，为此，铸造模具(硬模)为此具有机械的运动元件。在较大的活塞系列中，使用硬模铸造机或机械化的或自动化的硬模铸造设备。在此，各个工序如放入型芯、关闭模具、浇铸、冷却、打开模具、顶出和取出铸件、吹净和精整加工可以自动化地进行。
硬模铸造工艺与砂型铸造工艺的区分主要在于，金属的模具材料以其与型砂相比高的导热性引起凝固的熔体的加速冷却。作为该相对迅速的凝固的结果，形成相对细粒的且紧密的内部结构。与此相关的是活塞的较好的机械特性和高紧密性。在取得紧密的内部结构时较高的可再现性导致，活塞优选以硬模铸造方法并且不以砂型铸造工艺制造。
硬模铸造工艺相对于砂型铸造工艺的其他优点是较好的尺寸精度和高尺寸稳定性、由于金属的永久铸模的较好的表面质量和精确轮廓再现、配砂的取消、在简单部件时的高产量、基于迅速凝固的较短的制造时间和生产周期以及可建立自动化流程的可能性。
硬模(铸造模具)以竖直的和水平的主分模面划分，或按照类型也划分成实心硬模、混合硬模(具有型芯)或半硬模(分别具有砂铸造半部和硬模铸造半部)。
竖直分开的硬模可以用手操作并且为了铸造放到台上。两个硬模半部为了精确配合的打开和关闭设有引导楔或引导销。较大的硬模在放入到铸造台中的附加的引导板条上运动。
具有水平的主分模面的硬模包括处于水平的基板，两个或多个滑动件在所述基板上滑动，所述滑动件包围要竖直向上松脱的金属型芯。其他型芯可以附加地装入到滑动件和基板中。在活塞件数大的情况下并且为了缩短生产周期也使用铸造旋转系统。
作为硬模材料例如可以使用结构钢、具有片状石墨的铸铁、耐热工具钢、用于特别高负荷的模具构件的特种钼合金或钨重金属。
能硬模铸造的轻金属铸造材料被标准化，例如是铝硬模铸造合金。如用于砂型铸件，硬模铸件也能不受限制地热处理并且适合焊接。
铸造模具(硬模)必须在铸造之前无瑕疵地精整加工和预热，这通常通过气体燃烧器进行。精整加工覆层保持一些铸造周期并且因此必须仅在需求时再修复或更新。充分加热的硬模通常在铸造运行期间不需要进一步加热。在每个铸造过程中发生的热交换足够保持符合铸造的成形温度。但在较复杂的铸件中绝对需要额外加热亦或成形冷却。
在标准硬模铸造方法中，充模借助于重力并且通常在上升的铸造中进行，亦即熔体通过浇注口充注并且然后经由设置在真正的铸件的下方和必要时侧向的内浇口经由一个或多个浇口(Anschnitt)流到模间空隙中。因此，模具从下向上上升地充注。如下因素对充模时间有影响：合金的流入速度、浇口横截面、几何结构以及合金和硬模的导热性。
在铸造之后例如可以实施如下工序：冲压、锯削、去毛刺、X射线检验、热处理、磨削、喷砂、机械加工、涂层、清洁/清洗和/或装配。
在应用重力硬模铸造工艺时，熔体在重力作用下浇注到金属的永久铸模(硬模)中。
所述方法的优点例如在于，突出的材料特性、复杂的内部几何结构(借助于砂芯)的实现、与压铸工艺相比小的模具成本、高的自动化程度以及紧密性。用于硬模铸造工艺的经济的订单量是小至大的活塞系列。
硬模铸造工艺特别适用于基于活塞的工件几何结构和活塞的高材料要求的活塞。底切能利用型芯构成。
用于铸造活塞的铸造模具(硬模)的制造由于活塞的造型是非常耗费的。此外，必须保证，在经浇注的活塞中不存在气态夹杂。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种用于制造用于重力硬模铸造工艺的铸造模具的方法，所述方法能实现模具的均匀排气。
该任务通过具有独立权利要求所述特征的应用和方法得以解决。
按照本发明规定用于制造铸造模具、特别是硬模的直接金属激光烧结(DMLS)的应用，用以阻止以重力硬模铸造工艺制成的内燃机活塞中的气态夹杂，其中，所述铸造模具的至少一个区域具有用于导出空气的多个小开口、特别是微孔。意想不到地确定，通过直接激光金属烧结(DMLS)通过铸造模具的逐层构造可以在用于重力硬模铸造工艺的铸造模具中比例如通过电腐蚀产生更细的透气和透水结构。在内燃机活塞的制造中证实为有利的是，实现微孔，以便导出处于铸造模具中的空气。此外，通过直接构建铸造模具节省成本和时间。
按照本发明，规定一种用于制造铸造模具、特别是硬模的方法，所述铸造模具用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺，其中，所述铸造模具通过直接金属激光烧结(DMLS)产生。在直接激光金属烧结中，铸造模具直接由CAD数据或3D数据产生。不再需要铸造模具通过例如切削方法的耗费构造。用于以重力硬模铸造工艺制造的活塞的研发时间显著减少。铸造模具例如可以直接立即在活塞制造商处设计和制造。
此外，按照本发明规定：所述铸造模具逐层地通过将激光作用到金属粉末上而产生。所述金属粉末不使用任何添加剂、例如粘合剂。通过逐层构造，铸造模具可以获得任何的几何形状。
此外，按照本发明规定：所述铸造模具具有烧结底部。作为烧结底部表示铸造模具中的具有最小开口的区域。
此外，按照本发明规定：所述烧结底部具有微孔。通过这些微孔，可以在铸造过程期间将空气从铸造模具中对于活塞可靠地去除。经浇注的活塞的质量提高，因为活塞的内部结构没有气态夹杂。
此外，按照本发明规定：产生具有直径小于0.50mm、优选小于0.3mm、特别是在0.1至0.25mm之间的微孔。已证实的是，特别是在直径在0.15至0.25mm之间的微孔中，水可靠地作为射流穿过或离开微孔。
此外，按照本发明规定：所述微孔在1至10mm之间的深度上、特别是在4至6mm之间的深度中具有上述直径。直径小于0.50mm、优选小于0.3mm、特别是在0.1至0.25mm之间的微孔的在1至10mm之间的深度、特别是在4至6mm之间的深度证实为有利的，因为该深度确保铸造模具在烧结底部的区域中的稳定性并且能实现空气在铸造过程中从铸造模具中可靠的导出。
此外，按照本发明规定：通过直接金属激光烧结(DMLS)产生的所述铸造模具经受热处理，用以提高所述铸造模具的强度特性和韧性特性。通过后续热处理，改善铸造模具的使用寿命。铸造模具在铸造工艺中较好地经受载荷。
此外，按照本发明规定：所述铸造模具具有与其成形形状相适配的调温通道。所述调温通道可以准确地跟随在铸造模具中塑造的活塞形状的走向。由此，能实现较好的热交换。在铸造之前，铸造模具可以通过调温通道预加热。在铸造过程期间，铸造模具可以在需求时通过调温通道冷却。
此外，按照本发明规定：所述调温通道在其调温入口处具有精细过滤器，用以避免流动干扰。调温通道的调温入口处的精细过滤器阻止热交换介质中的污染堵塞调温通道。因此，确保在铸造模具的整个使用寿命期间的可靠的热交换。精细过滤器可以同样通过直接激光金属烧结产生。所述精细过滤器可以与铸造模具一件式地构造或作为单独的构件制造。
此外，按照本发明规定：所述铸造模具以带有底座的混合结构方式实施。混合结构方式具有如下优点，即，与相应的硬模铸造机相协调的底座总是可以相同地构造。
此外，按照本发明规定：所述底座用作用于通过直接金属激光烧结构造活塞特定的铸模的基础。因此，所述底座用作用于直接激光金属烧结工艺的基础并且可以优选构造为同类件。因此，所述底座可以以大的件数制造，这降低用于铸造模具的成本。
此外，按照本发明规定：将用于铸造过程的功能元件、特别是冷却孔、顶出孔、螺纹孔在激光熔化过程之前加工到底座区域中。通过将功能元件加工到底座中，确保与硬模铸造机的过渡。用于介质过渡的接口敷设到接近用于内燃机活塞的真正铸模。
直接金属激光烧结(DMLS)/direct metal laser sintering(DMLS)是生成的快速原型法，其按照本发明用于直接制造模具、所谓的快速模具，所述模具用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺。
直接金属激光烧结(DMLS)也称为“选择性金属激光熔化”、“选择性的金属激光烧结”或仅称为“金属激光烧结”以及称为选择性激光熔化方法(SLM)或简称为选择性激光熔化(SLM)。DMLS是附加制造过程，其中，直接由3D结构数据或CAD数据通过借助于激光束逐层地熔化金属粉末制造用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺的铸造模具。对于借助于DMLS或SLM处理金属材料绝对不需要胶合剂料或其他添加物。对于特别精确的铸造模具结构也可以使用微激光烧结(MLS)。
所生成的构件具有均一的内部结构和将近100％的相对密度。但所产生的构件的不仅物理特性、而且机械特性对应于其所浇注的结构。
相反于常规的制造方法，所述方法提供在构件几何结构方面的非常大的构造自由度。DMLS方法或SLM方法通过铸造模具的逐层构造能实现任意的空腔和底切的制造。此外，可以将多个功能整合在铸造模具中。仅活塞从铸造模具中的可脱模性在铸造模具的几何构造中限定。由于该极大的结构自由度，不仅存在使活塞个性化的可能性，而且存在接近任意地增大活塞的变型的数量的可能性。
通过将DMLS或SLM用于制造用于活塞的剪切力硬模铸造工艺的铸造模具(硬模)，缩短整个工艺链并且因此缩短特定活塞的制造时间。对于具有非常短的产品寿命的小批量活塞和内燃机，该时间节省构成大的竞争优势。特别在具有小批量和复杂几何结构的小铸造模具的领域中，DMLS方法或SLM方法是常规的铸造模具制造的有利备选方案。
铸造模具的复杂性在DMLS方法或SLM方法中仅对单件成本有小的影响，因为所述单件成本主要是与体积有关并且不与几何结构有关。DMLS方法或SLM方法特别良好地适用于高复杂性的铸造模具，因为其制造利用常规方法是成本非常高的或是完全不可能的。因此，迄今为止完全不能或只能以非常高的耗费制造的具有复杂几何结构的活塞可以以重力硬模铸造方法制造。
在选择性激光熔化中，金属粉末首先以薄层施加到基板上。然后，激光器利用强烈的激光束将粉末选择性地置于熔化。用于重力硬模铸造工艺的铸造模具、硬模的数字的3D结构数据对于其用作基础。然后，基板下降一个层厚度并且施加新的粉末层。金属粉末重新精确地利用激光熔化并且与处于其下面的层结合。该周期如此长时间地重复，直至所有层完全熔化。完成的铸造模具接着从基板移除、清洁、在需求时加工或可以立即使用。
DMLS或SLM在制造硬模时提供如下重要优点。DMLS或SLM是高度灵活的、成本有吸引力的生产方法，DMLS或SLM包括几乎完全的几何自由度，DMLS或SLM能实现复杂构件的快速制造，DMLS或SLM能实现高时间节省并且DMLS或SLM在较小材料需求时形成可承受高负荷的构件。
已确定的是，通过后续烧结可以完全消除经激光烧结的结构的孔隙度。此外，热处理改善经激光烧结的硬模的强度特性和韧性特性。激光烧结的密度处于理论密度的95至97％的范围内。通过烧结再处理使铸造模具的内部结构均一化并且几乎或甚至完全消除剩余孔份额。
用于材料系统的粉末冶金使用的通常粉末的应用允许钢合金的快速、简单且低价的制造。经激光烧结的结构特别适用于在重力硬模铸造方法中用作铸造模具或硬模。
利用接近活塞轮廓的冷却，实现缩短直至50％的冷却时间并且由此实现缩短直至大约30％的铸造周期。
由此，产生关于成本、经改善的表面质量、较大尺寸稳定性和小得多的翘曲的大的改善潜力。这是特别有利的节省和改善可能性。
利用DMLS可以制造用于活塞的重力硬模铸造工艺的具有非常有效的、接近轮廓的冷却/调温的模具嵌件、滑动件和型芯。
调温孔的尺寸、通道轮廓和布置结构与铸造模具(硬模)或由此形成的活塞的相应的成形形状相协调地构造。
通过然后在接近表面的型腔区域中足够确定尺寸的且最佳设置的冷却通道，实现快速的且仍均匀的散热，这导致明显的铸造周期缩短和质量改善。
用于铸造模具的模具构件可以以混合结构方式构建，其中，大的的底座区域由机械加工的半成品构成。在底座上然后可以构造真正的铸造模具(硬模)。该结构方式显著降低时间耗费和成本耗费。
底座的提供和后续表面加工可以在模具制造中进行。
在混合结构方式中，冷却孔、顶出孔、螺纹孔等在激光熔化过程之前加工到底座区域中。
可选择地，调温通道可以设有特定的防腐蚀保护。
为了在部分地非常窄的孔横截面中避免可能的流动干扰，可以在调温入口的前面放置对应的精细过滤器。
在铸造模具的制造中，相比于通过激光熔化的常规方法取得直至80％的节省，同时明显降低生产时间。
由3D数据可以构建完全可负荷的、金属的铸造模具。
设计师可以首次利用DMLS构造用于技术上要求非常高的活塞的铸造模具，而完全不受机械加工技术的限制。
在用于重力硬模铸造的铸造模具上可以实现如下特性：无砂眼的壁构造、稳定的构造、可硬化的材料、双壁的构造亦或具有栅格结构的构造、经钻孔的壁、多个底切、无规律延伸的孔、结构化的空腔、带有凹或凸的标记和/或类似结构。
通过铣削、车削、磨削、硬化、给螺纹、支撑座、接合面等涂层的再加工可以作为连接加工而在铸造模具上在其通过DMLS的制造之后实施。
DMLS适用于制造用于活塞原型和活塞定制品以及用于较小系列和中等系列的活塞的由金属制成的铸造模具。该非常快速的且精确的层构造方法可以结合几乎所有金属和确定的陶瓷材料应用。该技术辅助支持在活塞制造和活塞的个性化方面较小批量的强烈倾向。因此，激光烧结在制造用于重力硬模铸造工艺的铸造模具时提供相对于常规的成形方法的大的优点，所述常规的成形方法需要最小批量，以便缓和高模具成本。
用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺的铸造模具可以在不使用专用模具的情况下制造。这明显缩短研发时间并且节省制造成本。另一个优点是通过DMLS制造的铸造模具的高的尺寸稳定性和形状稳定性。
复杂的几何结构是三维结构，其经常具有底切或空腔。很多复杂的几何结构能够利用常规工艺如磨削、车削或铸造仅有条件地或以高成本进行制造。在常规的制造方法如磨削、车削或铸造中，生产成本强烈地与铸造模具或由此形成的活塞的复杂性耦联，因为通常需要复杂模具的制造或耗费的特定解决方案的制作。
每种想得到的、能利用3D-CAD程序设计的铸造模具形状也能够利用激光烧结技术完成。绝不存在限制，在制造空心结构时也不存在。这是可能的，因为仅在3D模型中设置的位置上进行材料施加。
铸造模具的复杂性不再必须按照制造方法进行调整，而按照由铸造模具形成的活塞的所希望的功能和设计进行调整。铸造模具的几何结构越复杂，则附加制造就越值得。
基于DMLS的附加制造技术能实现，短时间内实施对铸造模具的改变。
利用基于DMLS的附加制造，制造者直接从第一设计理念到达完成的铸造模具。
附加制造的大的优点在于，非常简单地从铸造模具的设计到达构造。铸造模具生产直接基于数字的3D数据进行。由此，可以快速地实施接近系列的测试并且可以借助所述结果进行优化原型。这个重复的过程在线性的产品研发模型中不设置。但也在传统的产品研发过程中由于错误研发和困难而产生重复磨削，这导致增大的研发成本。
在附加制造中，所有铸造模具基于虚拟模型构建。这一方面能实现用于虚拟的负荷测试的简单的可能性。另一方面通过直接生产能实现铸造模具的快速制造，所述铸造模具例如用于制造具有与完成的活塞相同的材料特性的活塞原型。该设计过程的优点是如下可能性，即，在每个时刻虚拟或实际地检查铸造模具或由此形成的活塞的功能。变化在活塞研发阶段中是简单的，并且相比于常规制造的活塞仅以小的额外成本就将能实现。
基于DMLS的附加制造，在活塞单件中并且也在活塞批量制造中能实现有利的生产。铸造模具或由此形成的活塞的复杂性对于生产时间和生产成本几乎不起作用。
DMLS能实现调温通道直接且接近轮廓地整合到铸造模具和铸造模具嵌件中。优化的导热能实现较短的周期以及在重力硬模铸造批量生产中的较高的生产率和部件质量。
调温通道或冷却通道可以在常规的铸造模具结构中仅直线地钻孔。因此，关键性的热点经常不能以冷却剂实现并且因此也不缓和。
反之，利用DMLS可能在制造期间将优化的冷却通道直接且接近轮廓地整合到铸造模具中。由此，热快速得多且均匀得多地导出。这降低铸造模具中的热应力并且确保较长的模具使用寿命。此外，所生产的活塞的质量和尺寸稳定性提高。此外，能够强烈地缩短周期。
DMLS的附加制造无模具地工作。该附加制造能实现铸造模具的个性化的批量适配的生产。
区别于常规的生产方法，基于DMLS的附加制造无模具或无型模地进行。因此，该技术与件数无关。铸造模具和进而由此形成的活塞能够数字地个性化并且以小的件数或甚至作为定制品有利地生产。
基于DMLS的附加制造能实现高强度的轻型结构的设计和制造，常规的生产方法在轻型结构上失败。
铸造模具应仅消耗与对于实施其功能绝对需要的资源一样多的资源。因为原料消耗和因此用于资源的价格也在全世界极大地增长，所以在活塞研发和活塞制造方面的该要求越来越强地引人注目。
基于DMLS的附加制造技术可以构建任意细的且复杂的轻型结构。由此，该附加制造为研发人员保证最大的几何的结构自由度。已经在设计过程中能够将在常规的制造中不可避免的多余材料从铸造模具的很多区域中去除。然后，在生产中仅在功能上需要的地方进行材料施加。因此，形成极轻的且尽管如此仍高强度的铸造模具。由此，在结构中并且在设计中获得间隙。
附加制造表示如下过程，其中，基于数字的3D设计数据通过材料的堆积逐层地构造铸造模具。概念“3D打印”越来越常用地用作附加制造的同义词，但附加制造更好地说明在这里涉及专业的生产方法，该生产方法显著区别于常规的去除的制造方法。取代例如由固体块铣出铸造模具，附加制造将铸造模具一层一层地由作为精细粉末存在的材料构造出。作为材料可使用不同的金属和复合材料。
基于DMLS的附加制造在常规制造受到限制的地方示出其优点。DMLS技术在必须重新构想设计和制造的地方入手，以便找到解决方案。DMLS技术能实现“设计驱动的制造过程”，其中，设计确定制造，并且反之则不然。此外，附加制造允许最复杂的铸造模具结构，铸造模具结构同时可以是极轻的且稳定的。附加制造保证高程度的设计自由度、功能优化和功能整合、以合理的单件成本的小批量制造和甚至在批量生产时活塞的强烈个性化。
借助于DMLS产生用于在用于制造活塞的铸造模具中使用的烧结底部。这些铸造模具具有用于在内燃机活塞的铸造过程期间导出空气的微孔。
换言之，通过使用DMLS能实现空腔的技术上的可制造性，所述空腔用于在充模期间使在铸模或铸造模具(硬模)中的冷却介质涌出或空气导出。在导出空气时应不超过孔的0.2mm的直径，以便在金属中不混入开口。DMLS对空腔的形状和大小(可制造性)没有构成技术限制。
为了铸造模具或铸模(底部模具)的空气导出，迄今为止使用烧结金属圆坯作为原材料并且借助于电腐蚀加工轮廓。
电腐蚀是通过电流的材料去除。电腐蚀的方法(简称：腐蚀)用于高精度的材料加工。要加工的、导电的烧结金属圆坯在不导电的液体(电介质、通常去离子的水亦或油)中加工。为此，同样导电的模具置于烧结金属圆坯的附近，该模具相对于烧结金属圆坯具有负电压(典型地40…150V)。由此，出现在模具和烧结金属圆坯之间的大量的小的放电。这导致总是一再发生的火花，这些火花首先从烧结金属圆坯去除材料。但是，也腐蚀模具，因此必须更新模具。
已知电火花腐蚀(英语electrical discharge machining的简称EDM)，一种用于导电材料的热的去除的制造方法，该制造方法以电极(模具)和导电工件、例如烧结金属圆坯之间的放电过程(发出火花)为依据。加工发生在不导电的介质、所谓的电介质中。在此，电极模具按如此窄的间隙(<0.5mm)引到烧结金属圆坯上，直至火花跳火(überschlagen)，所述火花使材料点状熔化和蒸发。根据放电的强度、频率、持续时间、长度和极化形成不同的去除结果。
在线材构成电极的电火花腐蚀的钻孔(钻孔腐蚀)、电火花腐蚀的切割(线材腐蚀)和电极作为阴模借助于电火花腐蚀机压到工件中的电火花腐蚀的凹陷(凹陷腐蚀，Senkerodieren)之间存在区别。甚至复杂的几何形状也可制造。但是，EDM方法非常费时并且因此成本高。
冷却通道可能基于在铸模中的可制造性(底部、顶尖套筒、硬模、型芯)仅大致地设置到所希望的冷却位置中并且此外受到冷却几何结构的除非能另外制造的横截面和轮廓的负面影响。
为了在铸造过程期间将空气从铸造模具中去除，必须还设置有抽吸装置。这经常导致，不同的负压(通过抽出二次空气)在铸模中存在并且因此也存在在铸件质量方面的变化。在此，高的噪声级损害工作人员。由于烧结金属圆片的材料不均匀性存在低的且强烈波动的模具使用寿命(3至15000个周期)。
本发明的其他构造方案在从属权利要求中给出，由所述从属权利要求得出其他优点。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且随后说明。
图1示出活塞上部的剖视图；
图2示出另一个活塞上部的剖视图；
图3示出不同于图1和图2的另一个活塞上部的剖视图；
图4A和4B示出不同于图1至3的活塞上部的两个剖视图，并且
图5示意性示出试样。
具体实施方式
图1示出在通过DMLS制造的铸造模具中以重力硬模铸造工艺制成的活塞上部1。
图2示出在通过DMLS制造的铸造模具中以重力硬模铸造工艺制成的另一个活塞上部20。
图3示出在通过DMLS制造的铸造模具中以重力硬模铸造工艺制成的另一个活塞上部40。
图4A和4B示出活塞上部60的另一个构造方案的两个视图。在区域61中，可看到同样未示出的铸造模具的在这里未示出的烧结底部的接触区域。借助于DMLS，产生用于使用在用于制造活塞的铸造模具中的烧结底部。所述烧结底部在通过重力硬模铸造工艺制造活塞上部60时使用。在制造烧结底部时，微孔通过DMLS在孔隙度为0％或密度为7.8g/cm3的情况下构造。嵌入18000个直径D为0.2mm的微孔。由此，相比于迄今为止通过电腐蚀产生的和使用的底部取得三倍抽吸能力。此外，实现具有均匀壁厚的轻型结构方案。
图5示出用于检验通过DMLS产生的微孔101、102的试样100。试样100具有外部尺寸10×10×10mm(长度×宽度×高度)并且因此形成立方体。试样100的中心以M表示。试样100具有阶梯形的测试孔，其中，直径D2在系列测试期间固定地保持在0.50mm。另一直径D1按照下表在0.1至0.23mm之间变化。此外，具有直径D1的微孔的深度T在系列测试中在1至5mm之间变化。由此，得出在下表中列举的阶梯103。微孔101、102通过DMLS在孔隙度为0％的情况下构造。当这不能实现时，则曝光参数实施为孔隙度的变化。在水射流测试中视觉地评估，水射流如何穿过或离开分别实现的微孔101。当水射流在穿过相应的微孔101时不是变成雾状而是作为统一的射流排出时，以“ok”评估。水射流测试的结果从下表中得出。证实为特别有利的是在深度T(阶梯103)为5mm时0.20mm的直径D1。该值对在表中配置给样品号15。
DMLS微孔系列测试表
试样号 直径D1 阶梯 水射流测试
1 0.1 1 有条件地OK，像雾
2 0.1 2 有条件地OK，像雾
3 0.1 3 有条件地OK，像雾
4 0.1 4 有条件地OK，像雾
5 0.1 5 有条件地OK，像雾
6 0.15 1 OK，水
7 0.15 2 OK，水
8 0.15 3 OK，水
9 0.15 4 OK，水
10 0.15 5 OK，水
11 0.2 1 OK，水
12 0.2 2 OK，水
13 0.2 3 OK，水
14 0.2 4 OK，水
15 0.2 5 OK，水
16 0.1；0.13；0.16；0.20；0.23 5 OK，水
附图标记列表
1 活塞上部
20 活塞上部
40 活塞上部
60 活塞上部
61 区域
100 试样
101 微孔
102 微孔
103 阶梯
D1 直径
D2 直径
T 深度
M 中心

Claims (13)

1.用于制造铸造模具、特别是硬模的直接金属激光烧结(DMLS)的应用，用以阻止以重力硬模铸造工艺制成的内燃机活塞中的气态夹杂，其中，所述铸造模具的至少一个区域具有用于导出空气的多个小开口、特别是微孔。
2.用于制造铸造模具、特别是硬模的方法，所述铸造模具用于制造内燃机活塞的重力硬模铸造工艺，其特征在于，所述铸造模具通过直接金属激光烧结(DMLS)产生。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铸造模具逐层地通过将激光作用到金属粉末上而产生。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述铸造模具具有烧结底部。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烧结底部具有微孔。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，产生具有直径小于0.50mm、优选小于0.3mm、特别是在0.1至0.25mm之间的微孔。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微孔在1至10mm之间的深度上、特别是在4至6mm之间的深度中具有所述直径。
8.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过直接金属激光烧结(DMLS)产生的所述铸造模具经受热处理，用以提高所述铸造模具的强度特性和韧性特性。
9.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸造模具具有与其成形形状相适配的调温通道。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调温通道在其调温入口处具有精细过滤器，用以避免流动干扰。
11.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述铸造模具以带有底座的混合结构方式实施。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述底座用作用于通过直接金属激光烧结构造活塞特定的铸模的基础。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将用于铸造过程的功能元件、特别是冷却孔、顶出孔、螺纹孔在激光熔化过程之前加工到底座区域中。
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