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3D打印技术的火爆 是否意味着模具行业的没落

2019-10-08373人次浏览
  近几年,3D打印技术忽如一夜春风来,被炒得沸沸扬扬(这门技术的规范名称为“增材制造”),各路专家夸夸其谈3D打印制造产品的神通广大,更有甚者预言模具行业已是“穷途末路”。您对3D打印技术怎么看呢?

  首先,我们要分清楚角色,我们作为业内人士为什么要听某些瞎说八道的砖家去吹嘘?他们甚至连模具是什么都不知道,只是看到了3D打印可以搞出个产品来就夸夸其谈。

  模具的意义在于实现大批量高效生产,并且极大地降低了生产成本。3D打印目前只是解决了很少一部分样品的生产,它的效率、成本与模具生产相比都不是一个层级。

  举个例子,生产矿泉水瓶的瓶盖,类似产品的需求往往都是千万量级的,用模具成型出来的产品最终分摊下来的的成本也就几分钱一个。换成3D打印你去试试看,你连电费都不够,就不用说人工和耗材了,而且效率也是差了十万八千里……可以这样打个比方,模具就是印刷厂,3D打印就是你们办公室的打印机,一本发行量十万册的杂志,你会用打印机去打印吗?

  反倒是,3D打印给模具制造行业带来了革新,带来了生机。由于试制产品可以通过3D打印提前获得并确认,这样就减少了开模后的反复改模甚至模具项目失败。还有就是金属3D打印技术的出现,可以制造随形冷却水道的模具,提高了模具的生产效率与产品品质。

  有一些宣传称3D打印可以直接打印模具,那只是给大家呈现呈现模具的原理,应该说是个“模型”,可以拿这个模型去做一些产品出来,但能大批量量产吗?生产稳定吗?别说是塑料模型了,就算是打印出金属的模具,你这个模具的硬度能达到要求吗?模具不是闹着玩的,国产模具钢都不太能满足使用性能,因为要追求模具寿命与使用性能,现在的这个模型就别先自满了。

  目前就模具来说,3D打印模具还不能代替传统机加工模具。主要有以下几点:

  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。

  尺寸因素: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(0.076 mm),零件体积高达59立方英寸,大致是3D打印零件体积的6倍。

  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。

  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几万甚至更多,意味着同几百几千块的3D打印模具是同类比较。但是这个类比并不公平,3D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。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。所以这样算3D打印模具也并不便宜。

  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。

  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。

  综上所述,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。

  其实3D打印技术出来很多年了,也不知为何最近被人炒的如此火热!3D打印是个很有前景的技术,我们要正确看待,没有必要去排斥,但也不能被一些假像所迷惑....


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