如今,3D打印和(he)各(ge)種(zhong)打印材(cai)料(liao)(塑料(liao)、橡膠、復(fu)合材(cai)料(liao)、金(jin)屬(shu)、蠟(la)和(he)砂)已經給許多行(xing)業帶來了很大(da)的便利,這其中也(ye)包括模(mo)具制造。
那么(me)模具制(zhi)造(zao)能夠(gou)從3D打印技術上得(de)到(dao)什么好處嗎?
其(qi)實模具制造(zao)的以下幾個環節是(shi)能(neng)夠(gou)用(yong)到3D打印技術的:
用3D打印制(zhi)造模具有許多優點:
1)模具生(sheng)產周(zhou)期縮(suo)短(duan)
3D打印模具(ju)縮短了整個產(chan)品開(kai)發周期,并成為驅動創新的源頭。3D打印使企業(ye)能夠(gou)承受得起模具(ju)更(geng)加頻繁的更(geng)換(huan)和改善(shan)。它能夠(gou)使模具(ju)設(she)計(ji)周(zhou)期,跟得上產品(pin)設(she)計(ji)周(zhou)期的步伐(fa)。
2)制(zhi)造成(cheng)本降(jiang)低
如(ru)果說當下金屬3D打印(yin)的(de)成本要(yao)高于傳統的(de)金(jin)屬制造(zao)工藝(yi)的(de)成本,那么(me)成本的(de)削(xue)減在塑料制品領(ling)域更(geng)容易實(shi)現(xian)。
此外,3D打印(yin)在(zai)幾個小時內制造出精確模(mo)具的能力也會對(dui)制造流程和利潤產生(sheng)積極的影響。 尤(you)其是當生產(chan)停機和/或模(mo)具庫存(cun)十分昂貴的時候。
最后,有時經(jing)常會(hui)出現生產開始后還(huan)要修改模具(ju)的情況。3D打印的靈活性使工程師(shi)能夠同時(shi)嘗(chang)試無數(shu)次(ci)的迭(die)代,并可以減少(shao)因模具設計修改引起的前期成本。
3)模具設計(ji)的改進(jin)為終端產品增加了更多的功能性。
3D打印具(ju)有(you)整合(he)設計,并減少零(ling)部件(jian)數量的能(neng)(neng)力(li)。這(zhe)樣就簡化了產品組(zu)裝過程,并減少了公差。此外,它(ta)能(neng)(neng)夠整合(he)復(fu)雜(za)的產品功能(neng)(neng),使高功能(neng)(neng)性(xing)的終(zhong)端(duan)產品制造速度更(geng)快、產品德缺陷更(geng)少。
4)定制模具(ju)幫助實現最(zui)終產品的定制化
更短的生產(chan)周期、制造更為復雜幾何形狀、以及降低最終制造成本(ben)的能力(li),使得企業能夠制造大量的個性化工(gong)具來支持(chi)定制部件的制造。
利用3D打印技術的模具制造流程
利用3D打印(yin)技術直(zhi)接(jie)制造(zao)模(mo)具的流程如圖2所示(以SLM工藝(yi)為例),可分為成(cheng)型前(qian)準(zhun)備、SLM成(cheng)型和(he)成(cheng)型后(hou)處理三個(ge)階段。成(cheng)型前(qian)準(zhun)備包括模(mo)具模(mo)型的3D建(jian)模(mo)、STL格式轉化、添加(jia)支撐結構、確(que)定工藝(yi)參數(shu)、進行分層切片(pian)等數(shu)據處理;
成型前處(chu)理
(1)模(mo)型設計
模型設計是模具制(zhi)造(zao)的第一步,直(zhi)接決定了模具的外形特征。
(2)添加支撐
添加(jia)支撐(cheng)的目(mu)的主要有兩方面(mian)
一是為了將(jiang)成(cheng)型工(gong)件固定在基板上。
二是為了防止特(te)定結構打(da)印(yin)時的(de)特(te)征丟失(shi),這主(zhu)要是針對(dui)傾角較大的(de)結構。
添(tian)加(jia)支(zhi)撐是(shi)成型前處理的(de)重要工(gong)(gong)(gong)作,對工(gong)(gong)(gong)件的(de)成型質(zhi)量有著重要影(ying)響(xiang)。不同(tong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)設(she)備的(de)支(zhi)撐有所區別(bie),主(zhu)要分為兩類,一類是(shi)交錯的(de)網(wang)狀結構,主(zhu)要應用于底面平直部(bu)分較大的(de)工(gong)(gong)(gong)件支(zhi)撐;
另一類(lei)是片狀的(de)支撐(cheng)(cheng),應用于圓柱面等非平(ping)直曲面的(de)支撐(cheng)(cheng)。最(zui)(zui)小的(de)支撐(cheng)(cheng)高(gao)(gao)度(du)(du),即最(zui)(zui)低成(cheng)型面到基板平(ping)面的(de)距離,過高(gao)(gao)則造成(cheng)工件的(de)總成(cheng)型高(gao)(gao)度(du)(du)過大,所需的(de)鋪粉粉料用量變大;過低則會造成(cheng)取件困難,綜合考慮,一般選擇3至5mm。
(3)確定(ding)工(gong)藝參數(shu)
工(gong)藝(yi)參數直接決(jue)定了成型工(gong)件(jian)(jian)的質量(liang)。工(gong)藝(yi)參數包括(kuo)鋪粉(fen)厚(hou)度、激光掃描(miao)(miao)速度、掃描(miao)(miao)方式、工(gong)件(jian)(jian)擺放的空間位置等。
成型(xing)后處理
(1)取件
3D打印(yin)成型完畢(bi)后,打印(yin)工(gong)(gong)件淹沒在(zai)粉料(liao)里,取(qu)件時先將熔(rong)結產生的(de)廢(fei)(fei)料(liao)清(qing)除,防(fang)止(zhi)廢(fei)(fei)料(liao)污染粉料(liao);然后將工(gong)(gong)作臺上升,在(zai)加工(gong)(gong)倉(cang)內進行(xing)初(chu)步的(de)清(qing)粉,使用毛刷(shua)將未(wei)燒結的(de)、依附在(zai)工(gong)(gong)件表面的(de)粉料(liao)清(qing)掃入粉料(liao)回收缸,以備(bei)循環使用,最后將工(gong)(gong)件和基板一(yi)并取(qu)出。
(2)去除支撐
取件后,需將工件與基板分離,通常采用線切割、鋸(ju)等方(fang)式。線切割分離時(shi)間較(jiao)(jiao)長(chang),多用于支撐(cheng)較(jiao)(jiao)多,支撐(cheng)連接(jie)處具有薄(bo)壁特征的(de)工件分離,因為該分離方(fang)式較(jiao)(jiao)為柔和,不會造成工件變形。當工件較(jiao)(jiao)小、支撐(cheng)較(jiao)(jiao)少,或支撐(cheng)連接(jie)處為實(shi)心(xin)結構時(shi),為節省分離時(shi)間,也(ye)可以采用鑿子直(zhi)接(jie)將工件取下。
(3)清粉
該清粉主要針對(dui)模具(ju)的冷(leng)卻通道(dao)部分(fen),可以采用毛刷直(zhi)接清粉,也可以使(shi)用吸(xi)塵(chen)器或吹風機等輔助設備去除滯留在冷(leng)卻管道(dao)內部的粉料。冷(leng)卻通道(dao)的結構對(dui)清粉難度有一定的影響,例如直(zhi)徑(jing)、通道(dao)曲率半徑(jing)等。
(4)噴(pen)砂
噴砂是采用壓縮空氣為動力,以形成高(gao)速(su)噴射(she)束將噴料高(gao)速(su)噴射(she)到需要處理的工(gong)件(jian)表面,使工(gong)件(jian)的外(wai)表或形狀發生變化,獲(huo)得一(yi)定的性能。
(5)其他(ta)加工
SLM工藝的技術優勢在于成型內部具(ju)有(you)復雜、非規(gui)則(ze)結構(gou)的工件。注(zhu)塑(su)模具(ju)內部具(ju)有(you)冷卻(que)通道,外部具(ju)有(you)各(ge)種結構(gou)類型,如凸臺、凹(ao)孔等。
目前,由于SLM工(gong)(gong)藝成(cheng)(cheng)型(xing)的(de)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)粗糙度較大(da),精(jing)(jing)度難(nan)以控制(zhi),將SLM成(cheng)(cheng)型(xing)的(de)模具(ju)直接應用于塑料(liao)成(cheng)(cheng)型(xing)還(huan)不成(cheng)(cheng)熟,尤其(qi)是對表(biao)面(mian)(mian)光潔度、精(jing)(jing)度要求(qiu)較高的(de)塑料(liao)制(zhi)件(jian)。因(yin)此,還(huan)需(xu)要借助其(qi)他傳統機械加工(gong)(gong)方(fang)式進行后續(xu)加工(gong)(gong),才能滿足(zu)模具(ju)的(de)精(jing)(jing)度、表(biao)面(mian)(mian)質量等要求(qiu)。
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