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        MES系統(tǒng)

        3D打印能否取代傳統(tǒng)模具制造?

        發(fā)布時間:2018-08-23 作者:videasoft 次數(shù):85次

        3D打印能否取代傳統(tǒng)模具制造?


        模具被譽為“工業(yè)之母”,其應(yīng)用可以追溯到遠(yuǎn)古時代,在過去的幾十年里,隨著科技革命車輪的滾滾向前,模具制造行業(yè)拉開了新的篇章,技術(shù)隨之突飛猛進,為加工制造業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)?,F(xiàn)如今,雖然世界各地的傳統(tǒng)制造業(yè)還是以模具為生產(chǎn)主力,但是模具的發(fā)展卻受到了3D打印技術(shù)的沖擊。

        3D打印技術(shù) 

            近年來,隨著工業(yè)4.0的發(fā)展,中國制造業(yè)從“制造”向“智造”方向的發(fā)展速度越來越迅速,3D打印技術(shù)已在我國制造業(yè)中得到了廣泛運用,3D打印機可為模具設(shè)計和制造提供高效、低成本的支持。甚至隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展,在部分領(lǐng)域,已逐漸開始顛覆模具技術(shù),與之形成直接競爭關(guān)系。

         

            據(jù)了解,相比3D打印技術(shù),傳統(tǒng)的模具制造需要更多的步驟和工藝,模具生產(chǎn)周期更長。模具制造商推出一種新產(chǎn)品時,在上市之前,新品需通過嚴(yán)苛的國際標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證,而眾多部件的認(rèn)證將耗時巨大。這會使新產(chǎn)品在搶占市場的時間上處于非常不利的位置。而3D打印注塑模具則是一種高效的解決方案。知名廠商施耐德電氣是這么做的,在他們的開放性實驗室內(nèi),利用3D打印技術(shù)制造注塑模具。

         

            據(jù)施耐德相關(guān)人員介紹,通常情況下,生產(chǎn)一個模具需要幾個星期到兩月之久,而使用3D打印技術(shù)可以在幾個小時內(nèi)完成模具原型,并且可以根據(jù)測試結(jié)果立即進行修改。然后注塑出最終的產(chǎn)品樣品。這些產(chǎn)品樣品可以直接發(fā)送認(rèn)證,而這時傳統(tǒng)模具制造可能仍在生產(chǎn)當(dāng)中,甚至在模具最后確定之前,3D打印成品就已經(jīng)通過認(rèn)證,大大縮短了開發(fā)周期。

        模具和3D打印 

            在大批量生產(chǎn)領(lǐng)域,3D打印機與傳統(tǒng)模具的對比:

         

            傳統(tǒng)模具

         

              1、模具耐用性:在生產(chǎn)應(yīng)用中,模具要耐磨損,而且要經(jīng)濟實惠。因此,大部分模具都采用鋼制,有些甚至采用硬質(zhì)合金制造。  

         

            2、模具制造:用3D建模軟件例如PRO-E將模具圖繪制出來,經(jīng)過不斷調(diào)整達(dá)到最終的成型效果。

         

           3、模具用途:以傳統(tǒng)注塑、壓鑄、橡膠和沖壓等產(chǎn)品為主。

         

          4、模具強度精度:根據(jù)用戶實際需求確認(rèn)強度,精度較高。  

          

            5、模具生產(chǎn)時間:較為快速。

         

             6、模具經(jīng)濟性:大批量生產(chǎn)經(jīng)濟性好,單件和小批量經(jīng)濟性差。

         

              3D打印技術(shù)

         

               1、3D打印所需材料:根據(jù)用戶實際需求考慮最適合的打印材料。

         

              2、3D打印成型方式:累積式,一點一點增加上去,最終打印完成作品。

         

              3、3D打印用途:小型復(fù)雜零件用3D打印可以輕松實現(xiàn),大型零件,整體打印拼湊。

         

              4、3D打印強度精度:關(guān)于3D打印的強度和精度有很多綜合因素,3D打印機的精度,所選材料的好壞,3D模型圖的精度都決定了最終出來的產(chǎn)品精度,強度尚可。

         

              5、3D打印生產(chǎn)時間:成型時間較長。

         

               6、3D打印經(jīng)濟性:大批量生產(chǎn)經(jīng)濟性差,單件和小批量經(jīng)濟性好。

         

            僅在模具生產(chǎn)周期上,3D打印技術(shù)已經(jīng)對傳統(tǒng)的模具制造產(chǎn)生了一定的沖擊。然而業(yè)內(nèi)專家表示,盡管3D打印技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、原料便捷、制品壓力均勻等眾多優(yōu)點,但是3D打印技術(shù)并不能完全取代傳統(tǒng)的模具制造方法,這是因為3D打印技術(shù)在生產(chǎn)制造過程中還存在一些問題。

         

            比如,3D打印技術(shù)是逐層加工得到產(chǎn)品,這雖然會縮短模具的生產(chǎn)周期,但同時也會導(dǎo)致模具表面具有臺階紋效應(yīng)。直接打印的模具也存在類似問題,后期需要機械加工或者噴砂來消除這些細(xì)小的、齒狀的邊緣。此外,小于1mm的孔必須鉆,更大的孔需要擴孔或者鉆孔,螺紋特征需要攻絲或者銑削,這些二次處理在很大程度上削弱了3D打印模具的速度優(yōu)勢。

         

            同時,為保證材料流動性能良好,注塑模具需要加熱到非常高的溫度。鋁模和鋼模通常經(jīng)歷500F(260℃)甚至更高溫度環(huán)境,尤其在加工高溫塑料,如PEEK和PEI材料時。用金屬材質(zhì)模具生產(chǎn)幾千個零件很容易,在最終量產(chǎn)模具出來前也可作為過渡模具使用。而使用3D打印技術(shù)制造的模具材料一般是光敏或者熱固性樹脂,它們通過紫外光或者激光固化。這些塑料模具盡管比較硬,但是在注塑的熱循環(huán)條件下?lián)p毀非常迅速。事實上,在溫和環(huán)境下3D打印模具通常在使用100次以內(nèi)會失效,高溫塑料比如聚乙烯和或苯乙烯。對玻璃填充聚碳酸酯和耐高溫塑料,甚至只能生產(chǎn)幾個零件。

         

            此外,使用3D打印模具的一大原因是其成本低。生產(chǎn)級別機加工模具成本一般是20000美元甚至更多,意味著同1000美元的打印模具是同類比較。但是這個類比并不公平,打印模具陳本的評估通常只考慮材料消耗,并沒有考慮人工、裝配與安裝、噴射系統(tǒng)和五金器具。比如ProtoLabsd的鋁模具花費1500美元可以用于生產(chǎn)。如果需要生產(chǎn)更多零件,采用3D打印模具,每生產(chǎn)50-100個產(chǎn)品就需要重新打印、裝配機測試新的模具。另一方面,不考慮所使用的塑料,鋁模具通常在生產(chǎn)10000個零件之后仍然服役良好。因此,在生產(chǎn)成本上,3D打印并不比傳統(tǒng)的模具制造方法更能節(jié)省成本。

         

            另外,在產(chǎn)品設(shè)計上,傳統(tǒng)注塑模具制造的原則及實踐已經(jīng)有超過一個世紀(jì)的歷史,行業(yè)對其研究比較透徹,比如拔模斜角必須大于等于5度,以滿足大部分鋁模要求。3D打印模具注塑塑料零件卻面臨挑戰(zhàn),對塑料模具頂針的數(shù)量與安裝位置需要額外小心。在增加模腔壁厚和降低壓力方面,3D打印模具(尤其是高注塑溫度)在某種程度上更為靈活。澆口的設(shè)計也不同,應(yīng)當(dāng)避免使用隧道式和點狀澆口。直接澆口、扇形澆口、翼形澆口應(yīng)該增加到正常尺寸的3倍。打印模具內(nèi)聚合物的流動方向應(yīng)該與3D打印線一致,避免粘滯和低壓引起的高填充。冷卻系統(tǒng)可在一定程度上提高模具的壽命,但不會明顯降低打印模具的循環(huán)次數(shù),因為3D打印模具的散熱能力不像鋁模或鋼模那么好。

         

            綜上,3D打印技術(shù)并不會完全取代傳統(tǒng)的模具制造業(yè)的地位。因為3D打印模具在成品質(zhì)量、產(chǎn)品成本和模具設(shè)計上與傳統(tǒng)模具制造相比,還存在一定的不足。并且,3D打印也不適合批量生產(chǎn),生產(chǎn)1件和生產(chǎn)1萬件的成本單價基本接近,而且3D打印需要的時間也較長。目前的3D打印技術(shù)只能針對小批量生產(chǎn)周期要求緊張的模具生產(chǎn),大批量的生產(chǎn)還是以傳統(tǒng)模具制造為主。 


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