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精辟 | 3D打印模具与传统模具区别


发布时间:2019-09-10 来源:互联网 

  许多人都在说3D打印对需要开模具的注塑成型是个很好的代替。真的是这样吗?下面我们一起来看看是不是真的如此?


  3D打印塑料模具与传统机加工模具大PK


  从现在来看,3D打印已经给制造业带来了巨大影响。那些曾经需要几百美元、耗时几周的手板件,现在可以早上设计、晚上打印,第二天早上就可以送达客户手里。


  有些公司已经在使用3D打印工艺制造注塑模具。不再需要花费几个月时间来等待可以用于生产的模具的制造,或者因为下游设计变化导致修改模具的大量金钱投入,或者生产层上的不确定因素。不管是模具验证还是注塑件小批量生产,都可以快速3D打印模具。如果模具有问题或者需要修改设计,再打印一个并重复验证或生产就是,对吗?


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  这些观点有一些道理。塑料3D打印的注塑模具有点像我们后院的塑料棚,它比金属棚便宜,塑料棚搭建速度很快且在低载荷下表现良好。但是如果积雪太多,他们将破裂成一屋的碎片。


  3D打印模具有自己的一席之地,有些企业在3D打印模具的应用上比较成功。支持者称3D打印模具比传统模具加工方式快达90%、便宜达70%。在某些情况下这可能是真实的,但是明白金属模具相比3D打印塑料模具的优势/劣势非常重要。


  真正的模具,真正的快速


  不直接打印模具,而是机加工制造模具可行吗?


  模具制造商当警惕


  1.表面质量


  3D打印逐层


加工得到零件,这会导致产品表面有台阶纹效应。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。这些二次处理很大程度上削弱了3D打印模具的速度优势。


  2.尺寸因素


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  如果你要设计滑板或者塑料工具箱,3D打印模具也许是毫无问题的。零件尺寸限制在10立方英寸(164立方厘米),大致是柚子的尺寸。而且尽管当前的增材设备的精度很高,但是仍然没法同加工中心和EDM设备比较。后者加工的模腔精度通常达±0.003英寸(0.076mm),零件体积高达59立方英寸,大致是3D打印零件体积的6倍。


  3.高温环境


  为保证材料流动性能良好,注塑模具需要加热到非常高的温度。铝模和钢模通常经历500F(260℃)甚至更高温度环境,尤其在加工高温塑料,如PEEK和PEI(Ultem)材料。用这些金属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使用。使用SLA或者相似3D打印工艺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。这些塑料模具尽管比较硬,但是在注塑的热循环条件下损毁非常迅速。事实上,在温和环境下3D打印模具通常在使用100次以内会失效,高温塑料比如聚乙烯和或苯乙烯。对玻璃填充聚碳酸酯和耐高温塑料,甚至只能生产几个零件。


  4.比较成本


  使用3D打印模具的一大原始是因为其成本低。生产级别机加工模具成本一般是120000甚至更多,意味着同6000元的打印模具是同类比较。但是这个类比并不公平,打印模具成本的评估通常只考虑材料消耗,并没有考虑人工、装配与安装、喷射系统和五金器具。比如铝模具花费9000元可以用于生产。如果需要生产更多零件?采用3D打印模具,你每生产50-100个产品就需要重新打印、装配机测试新的模具。另一方面,不考虑所使用的塑料,铝模具通常在生产10000个零件仍然服役良好。


  5.产品设计


  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,行业对其研究比较透彻。3D打印模具却非常新。比如拔模斜角必须大于等于5度,以满足大部分铝模要求。塑料模具注塑塑料零件却面临挑战,对塑料模具顶针的数量与安装位置需要额外小心。


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  在增加模腔壁厚和降低压力方面,塑料模具(尤其是高注塑温度)在某种程度上更为灵活。浇口的设计也不同,应当避免使用隧道式和点状浇口。直接浇口、扇形浇口、翼形浇口应该增加到正常尺寸的3倍。


  打印模具内聚合物的流动方向应该与3D打印线一致,避免粘滞和低压引起的高填充。冷却系统可在一定程度上提高模具的寿命,但不会明显降低打印模具的循环次数,因为塑料模具的散热能力不像铝模或钢模那么好。


  时机


  尽管快速铝模具有很多优势,有些情况下3D打印模具仍会发挥重要作用。对于有3D打印机、且有足够时间探索打印模具如何在注塑机上工作的厂家,也许他们认为应该直接打印模具。


  当然,模具设计师必须理解如何制作功能模具,模具的重新设计与制作要花费大量成本。相关的技术人员与设备也很必要——模具喷砂的机械工人、顶针安装、注塑机操作员等,因为这些参数的设置与传统模具有很大的不同。


  但是等等——为什么不用DMLS?为什么不直接打印金属模具?DMLS使用激光和精密光学器件在细小金属粉末床上逐层“画”零件,生产的完全致密的商业产品广泛应用于航空、医学领域。有些人预测未来铝和模具钢材料的模具也许将直接打印,能提供超高效的随形冷却水道,将大量减少注塑时间,延长模具使用寿命。某种程度上,DMLS直接打印模具速度慢且昂贵,通常只用于非常小、复杂的模具,或则加工那些通过传统机加工方法很难制造的模具嵌入物。


  实测可靠


3D打印塑料模具.jpg


  总的来说最好使用DMLS、SLA或其他3D打印工艺做他们擅长的事:打印零件而不是模具。但是,如果满足以下条件,3D打印注塑模具会是个可靠的替代。


  1)小批量且相对简单的零件,产品需要比较大的拔模角度。


  2)工具与模具设计团队要对3D打印模具的设计原则很熟悉。


  3)有加工和装配塑料模具的人员和设备。


  最终设计考虑因素。如果你需要模具长期使用,一旦3D打印模具验证了设计的合理性,下一步就是采用更为永久的材料制作模具,比如铝或者不锈钢,因为塑料模具主要小批量产品生产使用。由于3D打印模具和传统模具的设计不同,项目时间和预算上要考虑一定次数的模具重设计和测试。


  3D打印技术虽然表现亮眼,但目前只是解决了很少一部分样品的生产,其效率、成本等与模具不再一个级别上。在小批量生产上,3D打印成本较低。但在大规模生产上,还是以模具为主。


  整体来看,3D打印技术还远不能与模具行业相媲美。二者技术层面的差异、生产方向不同、面对群体有别等,注定它们不会处于同一条发展轨迹上。这样一来,模具行业自然不会因3D打印技术而没落。


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