多冲头模具系统通过独立控制零件不同部分的压制位移来解决密度不均匀性。这些系统不是对变化的几何形状施加统一的力，而是根据相应部分的初始加载高度来匹配每个冲头的特定位移。这种同步确保了零件的每个区域，无论厚度或复杂性如何，都能经历相同的压缩比。
复杂形状的核心问题在于，标准模具会不均匀地压缩不同厚度。多冲头系统通过在整个零件上创建一致的压缩比来解决这个问题，确保了高密度和结构均匀性。
复杂几何形状的挑战
标准模具的局限性
在传统的场辅助烧结技术（FAST/SPS）设置中，单个冲头对粉末施加压力。对于平坦、简单的圆盘，这效果很好。
截面变化的问题
然而，当零件具有台阶、齿轮或变化的截面高度时，单个冲头就无法胜任。它会比厚的部分更快地压缩薄的部分。这会导致密度梯度，即某些区域完全致密，而其他区域仍然多孔。
多冲头解决方案
独立的位移调整
多冲头系统将成型过程分解为独立的区域。该系统允许独立调整零件不同区域的压制位移。
根据高度匹配位移
这项技术的关键在于精度。系统根据该特定区域粉末的初始加载高度来校准每个冲头的运动。
定向压缩
通过隔离这些区域，模具确保较厚的部分相对于较薄的部分获得与其成比例的位移量。这可以防止“屏蔽”效应，即几何形状的一部分吸收了本应施加在另一部分的载荷。
通过压缩比实现一致性
定义目标
烧结的最终目标是获得均匀的微观结构。要在复杂零件中实现这一点，压缩比必须在整个组件中保持一致。
系统如何实现均匀性
通过精确匹配冲头位移与局部粉末高度，多冲头系统在整个几何形状上强制实现一致的压缩比。这确保了密度分布保持均匀，无论形状有多复杂。
理解权衡
增加工艺复杂性
虽然有效，但这种方法比标准SPS需要更多的准备工作。您必须准确计算初始加载高度，以确定每个冲头的正确位移。
精度依赖性
系统完全依赖于位移匹配的准确性。如果冲头位移与加载高度不完全匹配，您可能会重新引入您试图避免的密度梯度。
为您的目标做出正确选择
在标准模具和多冲头系统之间做出选择时，请考虑最终组件的几何形状。
- 如果您的主要重点是简单、平坦的几何形状：请使用标准单冲头模具，因为多冲头系统的复杂设置不会带来额外的好处。
- 如果您的主要重点是具有台阶截面的复杂零件：必须使用专用的多冲头系统，以防止密度变化并确保机械完整性。
通过机械强制实现一致的压缩比，多冲头系统将复杂几何形状的生产从可变风险转变为可控过程。
总结表：
| 特征 | 单冲头模具 | 多冲头模具系统 |
|---|---|---|
| 几何形状支持 | 简单的圆盘/平面形状 | 复杂、带台阶或齿轮的零件 |
| 位移控制 | 整个表面均匀 | 每个部分/区域独立 |
| 压缩比 | 可变（导致密度梯度） | 一致（均匀的微观结构） |
| 设置复杂性 | 低 | 高（需要精确计算） |
| 密度分布 | 厚度变化的零件不均匀 | 整个零件均匀 |
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参考文献
- Alexander M. Laptev, Olivier Guillon. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application. DOI: 10.1002/adem.202301391
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
