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3D打印是否为取代传统模具制造?

发布于:2018/8/14 23:46:35

关键词:模具,打印技术,3D打印,塑料,制造业,聚乙烯,塑料模具,树脂,聚碳酸酯,打印机
简    介:模具被誉为“工业之母”,其应用能够追溯到远古时代,在过去的几十年里,随着科技革命车轮的滚滚向前,模具制造行业拉开了新的篇章,技术随之突飞猛进,为加工制造业做出了重大的贡献。现目前,虽然世界各地的传统制...

模具被誉为“工业之母”,其应用能够追溯到远古时代,在过去的几十年里,随着科技革命车轮的滚滚向前,模具制造行业拉开了新的篇章,技术随之突飞猛进,为加工制造业做出了重大的贡献。现目前,虽然世界各地的传统制造业还是以模具为生产主力,可是模具的发展却受到了3D打印技术的冲击。

近年来,随着工业4.0的发展,我国制造业从“制造”向“智造”方向的发展速度越来越迅速,3D打印技术已在中国制造业中得到了广泛使用,3D打印机可为模具设计跟制造给予高效、低成本的支持。甚至随着3D打印技术的快速而猛烈发展,在部分领域,已逐渐开始颠覆模具技术,跟之形成直接竞争关系。

据了解,比较3D打印技术,传统的模具制造需要越来越多的步骤跟工艺,模具生产周期更长。模具制造商推出一种新产品时,在上市之前,新品需通过严苛的国际标准跟认证,而众多部件的认证将耗时重大。这会使新产品在抢占市场的时间上处于十分不利的位置。而3D打印注塑模具则是一种高效的解决方案。知名厂商施耐德电气是这么做的,在他们的开放性实验室内,利用3D打印技术制造注塑模具。

据施耐德相关人员说明,通常状况下,生产一个模具需要几个星期到两月之久,而运用3D打印技术能够在几个小时内实现模具原型,而且能够根据测试结果立即进行修改。然后注塑出最终的产品样品。这些产品样品能够直接发送认证,而这时传统模具制造可能仍在生产其中,甚至在模具最后肯定之前,3D打印成品就已经通过认证,大大缩短了开发周期。

仅在模具生产周期上,3D打印技术已经对传统的模具制造产生了一定的冲击。然而业内专家表态,尽管3D打印技术拥有生产周期短、原料便捷、制品压力均匀等众多优点,可是3D打印技术并不能完全替代传统的模具制造方法,这是由于3D打印技术在生产制造经历中还存在一些问题。

列如,3D打印技术是逐层加工得到产品,这虽然会缩短模具的生产周期,但同时也会导致模具表面拥有台阶纹效应。直接打印的模具也存在类似问题,后期需要机械加工或者喷砂来消除这些细小的、齿状的边缘。此外,小于1mm的孔必须钻,更大的孔需要扩孔或者钻孔,螺纹特征需要攻丝或者铣削,这些二次处理在非常大程度上削弱了3D打印模具的速度优势。

同时,为保证材料流动性能良好,注塑模具需要加热到十分高的温度。铝模跟钢模通常过程500F(260℃)甚至更高温度环境,尤其在加工高温塑料,如PEEK跟PEI材料时。用金属材质模具生产几千个零件很容易,在最终量产模具出来前也可作为过渡模具运用。而运用3D打印技术制造的模具材料一般是光敏或者热固性树脂,它们通过紫外光或者激光固化。这些塑料模具尽管相比硬,可是在注塑的热循环条件下损毁十分迅速。事实上,在温跟环境下3D打印模具通常在运用100次以内会失效,高温塑料列如聚乙烯跟或苯乙烯。对玻璃填充聚碳酸酯跟耐高温塑料,甚至只能生产几个零件。

此外,运用3D打印模具的一大原因是其成本低。生产级别机加工模具成本一般是20000美元甚至越来越多,意味着同1000美元的打印模具是同类相比。可是该类比并不 公平,打印模具陈本的评估通常只考虑材料消耗,并没有考虑人工、装配跟安装、喷射系统跟五金器具。列如ProtoLabsd的铝模具花费1500美元能够使用于生产。要是需要生产越来越多零件,采纳3D打印模具,每生产50-100个产品就需要重新打印、装配机测试新的模具。另一角度,不考虑所运用的塑料,铝模具通常在生产10000个零件之后依然服役良好。所以,在生产成本上,3D打印并不比传统的模具制造方法更能节约成本。

别的,在产品设计上,传统注塑模具制造的原则及实践已经有超过一个世纪的历史,行业对其研究相比透彻,列如拔模斜角必须大于等于5度,以满足大部分铝模要求。3D打印模具注塑塑料零件却面临挑战,对塑料模具顶针的数量跟安装位置需要额外小心。在增加模腔壁厚跟降低压力角度,3D打印模具(尤其是高注塑温度)在某种程度上更为灵活。浇口的设计也不一样,应当避免运用隧道式跟点状浇口。直接浇口、扇形浇口、翼形浇口应这个增加到正常尺寸的3倍。打印模具内聚合物的流动方向应这个跟3D打印线一致,避免粘滞跟低压引起的高填充。冷却系统可在一定程度上提升模具的寿命,但不会显著降低打印模具的循环次数,由于3D打印模具的散热能力不像铝模或钢模那么好。

综上,3D打印技术并不会完全替代传统的模具制造业的地位。由于3D打印模具在成品质量、产品成本跟模具设计上跟传统模具制造比较,还存在一定的不足。而且,3D打印也不适合批量生产,生产1件跟生产1万件的成本单价基本接近,并且3D打印需要的时间也较长。当下的3D打印技术只能针对小批量生产周期要求紧张的模具生产,大批量的生产还是以传统模具制造为主。


关键词:模具,打印技术,3D打印,塑料,制造业,聚乙烯,塑料模具,树脂,聚碳酸酯,打印机

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