小(xiao)編發現(xian)，許多人都在說(shuo)3d打印(yin)對(dui)需(xu)要開模具(ju)的(de)注塑成型是(shi)個很(hen)好的(de)代替。真的(de)是這(zhe)樣嗎?下面(mian)我們(men)一起(qi)去(qu)看看大(da)家的意見是怎(zen)麼樣的(de)?

3d打印(yin)塑料模具(ju)與傳(chuan)統機加工模具(ju)大pk

    從(cong)現在(zai)來看(kan)，3d打印已經(jing)給制造業(ye)帶來了巨(ju)大影響。那(na)些曾(ceng)經需要幾(ji)百美元、耗時幾(ji)周的(de)手闆件，現在可以早(zao)上設(she)計、晚(wan)上打(da)印，第二天早上就可(ke)以送達客(ke)戶手(shou)裡。

    有些公(gong)司已(yi)經在(zai)使用3d打印(yin)工藝制造(zao)注塑(su)模具。不再(zai)需(xu)要(yao)花費幾個(ge)月時間來等(deng)待可以(yi)用于生産的模具的制造，或者(zhe)因為下遊(you)設計變化(hua)導緻(zhi)修改(gai)模具(ju)的大(da)量金(jin)錢投(tou)入，或者生産(chan)層(ceng)上的(de)不确(que)定因素。不(bu)管是(shi)模具(ju)驗證(zheng)還是注塑件小(xiao)批量生(sheng)産(chan)，都可(ke)以快速3d打印模(mo)具。如(ru)果模具有(you)問題(ti)或(huo)者需要(yao)修改設(she)計，再(zai)打(da)印一個并重複(fu)驗證(zheng)或生産就(jiu)是。對嗎?

    這些觀點有(you)一(yi)些道理。塑料3d打印的(de)注塑模具有點(dian)像我(wo)們後院的(de)塑料棚，它(ta)比金(jin)屬棚便(bian)宜，塑料(liao)棚搭建速度很快且(qie)在低載荷(he)下表(biao)現良好。但(dan)是如(ru)果積雪太(tai)多，他們(men)将破裂(lie)成一(yi)屋的(de)碎片。

    3d打印(yin)模具(ju)有自己的一(yi)席(xi)之地，有些企業(ye)在3d打(da)印(yin)模(mo)具的(de)應用(yong)上比(bi)較成(cheng)功。支持者稱3d打(da)印模(mo)具比(bi)傳(chuan)統(tong)模具加(jia)工方式快達90%、便(bian)宜達70%。在(zai)某些(xie)情(qing)況下這(zhe)可能是(shi)真(zhen)實的，但是(shi)明白金屬(shu)模具(ju)相比3d打印(yin)塑料(liao)模(mo)具的優(you)勢/劣(lie)勢非(fei)常重(zhong)要。

    真(zhen)正的(de)模具，真(zhen)正的快速

    快速制(zhi)造公司protolabs自從1999年(nian)已經開始(shi)生産(chan)快(kuai)速模具注塑(su)零件(jian)。它提供的模具可制(zhi)造工程塑(su)料、金(jin)屬、液(ye)态矽膠(lsr)等材料(liao)的零件。模(mo)具主(zhu)要使用鋁(有些(xie)情況(kuang)下(xia)用鋼)材機加工得(de)到，可加工(gong)幾個到1000個零件，發(fa)貨(huo)時間1-15天。

    它的工(gong)業級3d打印服務(wu)包括(kuo)光固化(sla)、選(xuan)擇性激光(guang)燒結(jie)(sls)和直接金屬激(ji)光燒(shao)結(dmls)。可打(da)印(yin)材料(liao)包(bao)括(kuo)仿聚(ju)丙烯和abs的類熱塑性(xing)材(cai)料、工業(ye)級尼龍及金屬(如不(bu)鏽鋼、鋁(lü)合(he)金及钛合金等(deng))。

    既然有如(ru)此大(da)範圍(wei)加工能力(li)，為什麼不(bu)直接打印模具(ju)，而是機加工制(zhi)造模(mo)具(ju)呢?

    模具制造商當(dang)警惕(ti)

    protolabs公司工程師一直在(zai)考慮打印(yin)模具(ju)，但是在(zai)做了16年的快(kuai)速(su)模(mo)具生意(yi)，一些原因仍(reng)迫使他們(men)堅持(chi)可靠的快(kuai)速注(zhu)塑成型工(gong)藝：

    01表面(mian)質量

    3d打印逐(zhu)層加(jia)工得(de)到零(ling)件，這會導緻産品表面有(you)台階紋效(xiao)應。直接(jie)打印的(de)模具也存在類(lei)似問(wen)題，後期(qi)需(xu)要機加工或者(zhe)噴砂(sha)來(lai)消(xiao)除這些細小的、齒狀(zhuang)的邊(bian)緣。此外，小(xiao)于1mm的(de)孔必須鑽(zuan)，更大的孔需要(yao)擴孔(kong)或(huo)者鑽孔(kong)，螺紋特征需要(yao)攻(gong)絲或者銑削(xue)。這些二次(ci)處理(li)很大程度(du)上削(xue)弱了3d打印(yin)模具(ju)的速(su)度優(you)勢。

    02尺(chi)寸因(yin)素

    如果你要(yao)設(she)計滑(hua)闆或(huo)者塑料工具箱(xiang)，3d打印(yin)模具也許是毫無問(wen)題的。零件(jian)尺寸(cun)限(xian)制(zhi)在10立方英寸(164立(li)方厘(li)米)，大(da)緻是柚子的尺(chi)寸。而且盡(jin)管(guan)當前的增材設備的(de)精度(du)很(hen)高，但是(shi)仍(reng)然沒(mei)法同加(jia)工(gong)中心(xin)和edm設(she)備(bei)比(bi)較。後(hou)者加(jia)工的模腔(qiang)精度(du)通(tong)常(chang)達±0.003英寸(0.076mm)，零件(jian)體積高達59立(li)方(fang)英寸，大(da)緻是3d打(da)印(yin)零件體積的(de)6倍(bei)。

    03高溫環境(jing)

    為保證(zheng)材(cai)料流動性能良好，注(zhu)塑模(mo)具需(xu)要加(jia)熱到非常高的(de)溫度。鋁模和鋼模通(tong)常經曆500f(260℃)甚(shen)至更高溫度環(huan)境，尤(you)其在加工高(gao)溫塑料，如peek和(he)pei(ultem)材料(liao)。用這些(xie)金(jin)屬模具生産幾(ji)千個零(ling)件很容(rong)易，在最終量産(chan)模具(ju)出來前也(ye)可作為過(guo)渡模具使用。使(shi)用sla或(huo)者相(xiang)似(si)3d打印工(gong)藝制(zhi)造(zao)的模具(ju)材料(liao)一般(ban)是光(guang)敏或者熱(re)固性(xing)樹脂，它們(men)通過(guo)紫外光或者激(ji)光固化。這些塑料模具盡管比(bi)較硬，但是在注(zhu)塑的(de)熱循環條件下損毀(hui)非常(chang)迅速(su)。事實上，在(zai)溫和(he)環(huan)境下3d打(da)印模(mo)具通常(chang)在(zai)使用(yong)100次(ci)以(yi)内會(hui)失效，高(gao)溫塑料(liao)比如聚乙烯和(he)或苯(ben)乙烯(xi)。對玻(bo)璃填充(chong)聚碳(tan)酸(suan)酯和耐(nai)高(gao)溫塑(su)料，甚至(zhi)隻能生(sheng)産幾(ji)個零(ling)件。

    04比較成本

    使用3d打印模具的一(yi)大(da)原始(shi)是因(yin)為其成本(ben)低。生(sheng)産級别機(ji)加工模具成本(ben)一般是20000美元甚(shen)至更多，意(yi)味着(zhe)同1000美元的打印(yin)模具(ju)是(shi)同類比較。但是這個類(lei)比并不公平，打(da)印模(mo)具陳本的(de)評估通(tong)常(chang)隻考慮材料消(xiao)耗，并(bing)沒(mei)有(you)考慮人工(gong)、裝配與安(an)裝、噴射系統和五金(jin)器具。比如protolabsd的鋁模具(ju)花費1500美元(yuan)可以用于生産(chan)。如果需要生産(chan)更多零件(jian)?采用(yong)3d打印模具，你每(mei)生産50-100個産品就需要(yao)重新打印(yin)、裝配機測試新的模具。另一方(fang)面，不考慮所使用的塑料，鋁模(mo)具通常在(zai)生産(chan)10000個零件仍然服(fu)役良好。

    05産品設計(ji)

    傳(chuan)統注塑(su)模(mo)具制(zhi)造的原則及實(shi)踐已經有(you)超過一個世紀(ji)的曆(li)史，行(hang)業對(dui)其研(yan)究比(bi)較透徹。3d打(da)印模具(ju)卻(que)非常(chang)新。比如(ru)拔模斜(xie)角必須大(da)于等(deng)于5度(du)，以(yi)滿足大部分(fen)鋁模要求(qiu)。塑料(liao)模具注塑(su)塑料零件卻(que)面臨挑(tiao)戰，對(dui)塑料(liao)模具頂(ding)針(zhen)的數(shu)量與安裝位置需要額(e)外(wai)小心(xin)。

    在增加模(mo)腔壁厚(hou)和降低(di)壓力方面，塑料(liao)模具(尤(you)其(qi)是高注塑(su)溫(wen)度)在某(mou)種程(cheng)度上(shang)更為(wei)靈活。澆口(kou)的設(she)計也不同，應當(dang)避免使(shi)用隧道式和(he)點(dian)狀澆口(kou)。直接澆(jiao)口、扇形(xing)澆口、翼形(xing)澆口(kou)應該(gai)增(zeng)加到正(zheng)常尺寸的(de)3倍。

    打印模具内(nei)聚合物的(de)流動(dong)方向應該與3d打(da)印線一緻(zhi)，避免(mian)粘滞(zhi)和低壓引(yin)起的(de)高(gao)填(tian)充。冷(leng)卻系(xi)統可在(zai)一(yi)定程(cheng)度上(shang)提高模具的(de)壽命，但不會(hui)明(ming)顯降低打印模具的循(xun)環次數，因為塑(su)料模(mo)具的散熱(re)能力不(bu)像鋁模或鋼模那麼好(hao)。

    時機(ji)

    盡管快(kuai)速鋁(lü)模(mo)具有很多優勢(shi)，有些(xie)情況下3d打(da)印模具仍(reng)會發揮重要作用。對(dui)于有(you)3d打印(yin)機、且(qie)有足(zu)夠(gou)時(shi)間探(tan)索打印模具如何在(zai)注塑機上(shang)工作的(de)廠家，也(ye)許他們認為應(ying)該直接打(da)印模(mo)具。

    當(dang)然，模(mo)具設(she)計師必須(xu)理解如何制作(zuo)功能(neng)模具，模具(ju)的重(zhong)新(xin)設計與制作(zuo)要花(hua)費大量成(cheng)本。相關的(de)技術人員與設備也(ye)很必要——模(mo)具噴砂的(de)機械(xie)工人、頂針(zhen)安裝(zhuang)、注塑機操作員(yuan)等，因為這些參(can)數的設置與傳(chuan)統模(mo)具有很大(da)的不同。

    但(dan)是等(deng)等——為什麼(me)不用dmls?為什(shi)麼不直接(jie)打(da)印金(jin)屬(shu)模具?dmls使用激光(guang)和精密光學器(qi)件在細小金屬粉(fen)末床上(shang)逐層(ceng)“畫”零件，生(sheng)産的完全(quan)緻(zhi)密的商(shang)業産品(pin)廣(guang)泛應用于(yu)航空、醫學(xue)領(ling)域。有些(xie)人預測未(wei)來鋁和模(mo)具鋼材(cai)料的模具也許将直接(jie)打印，能提供超高效的随形冷(leng)卻水道，将(jiang)大量減少注塑(su)時間(jian)，延長模(mo)具使用壽命。某種程度(du)上，dmls直(zhi)接打印模(mo)具速(su)度(du)慢且昂貴，通常隻(zhi)用于(yu)非常小(xiao)、複雜的(de)模具(ju)，或(huo)則(ze)加工那些通過傳統(tong)機加(jia)工方(fang)法很(hen)難制(zhi)造的(de)模具嵌入物。

    實(shi)測可(ke)靠

    總(zong)的來(lai)說，protolabs認(ren)為最(zui)好使用dmls、sla或其他(ta)3d打印工(gong)藝(yi)做他(ta)們擅長的事：打(da)印零件(jian)而不是(shi)模具。但(dan)是，如果(guo)滿足(zu)以下條件(jian)，3d打印注塑模具會是個(ge)可(ke)靠的(de)替代(dai)。

    1)小批(pi)量且相對(dui)簡單的零件，産品需(xu)要比(bi)較大的拔(ba)模角度。

    2)工(gong)具與(yu)模具設計團隊(dui)要對3d打印(yin)模具的(de)設計原(yuan)則很熟悉(xi)。

    3)有加工和裝配(pei)塑料(liao)模具的人員和設備。

    最終設計(ji)考慮(lü)因素。如果你需要模具(ju)長期使(shi)用，一旦3d打印模(mo)具(ju)驗證了(le)設計(ji)的合(he)理性(xing)，下(xia)一(yi)步就是采(cai)用更(geng)為永久(jiu)的材料制作(zuo)模具，比如(ru)鋁(lü)或者不鏽鋼，因為(wei)塑料模具(ju)主要小批量産(chan)品生(sheng)産使用。由(you)于3d打(da)印(yin)模具和傳統(tong)模具的設(she)計不(bu)同(tong)，項(xiang)目時(shi)間和預算上要(yao)考慮一定(ding)次數(shu)的模(mo)具重(zhong)設計(ji)和測試。