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行业动态

3D打印注塑模具

创建时间: 01/21/2019

3D打印最常用于原型制造和直接生产工件,但是也可用于制作传统生产所使用的模具和工具。这篇文章将更深入地探讨采用3D打印技术制作模具并用于注塑的利弊。

为什么采用3D技术生产模具?

第一个问题是为什么要选择3D打印技术生产模具,而不是直接打印工件或者采用CNC加工的模具。 答案在于生产运行的具体要求,尤其是所要生产的工件的数量。

Injection Molds Prototyping

原型制造vs小批量生产vs大批量生产

毫无疑问,大批量的生产最好采用CNC加工的金属模具。3D打印的模具不够坚固耐用,即使采用最坚韧的材料打印模具,通常最多就只能经受100次的注塑。而相比之下,金属模具可以用于生产上万个工件。

Printing Molds-03

相反,如果只需要少量的原型制造,那么最好直接采用3D打印技术。如果要进行原型制造,那么增材制造无疑是最佳选择。当要生产的工件的数量较大,但少于100件时,采用3D打印技术制造注塑模具是最佳选择。有时候当工件要求采用某种特定材料,但是3D打印很难完成,那这时候就只能制作模具进行小批量生产。总地来说,当工件数量是50-100时,采用3D打印注塑模具是性价比最高的方法,但是还是要视具体情况而定。

3D Printing Injection Molds

性价比

相对于采用传统技术制作模型,3D打印模型的主要优势就是成本低。虽然很难确定具体价格,但是采用CNC技术加工金属模具的成本通常是几千美元,高端的模具的CNC制作成本甚至高达五位数。用3D打印模具的材料成本非常低,通常还不到100美元。如果考虑到人力成本和其他因素,这个成本会有所上涨,但是3D打印模具绝对会比传统生产模式便宜很多。

3D Printing Injection Molds

快速且灵活

3D打印模具的效率更高,生产周期也更短。当工件数量少于100个时,采用3D打印注塑模型大概需要2天时间,而常规的注塑模型需要花费一周以上的时间。

3D Printing Injection Molds

3D打印模型的灵活性也更高。设计经常要进行修改或者定期更新版本。如果采用传统的注塑模型,要制作一个新的模型的费用可能高得离谱,但是若采用3D打印新模型,那么就只需要快速地调整更新3D图档用于打印,新模型第二天就可用于生产了。

耐用性较差

如上所述,3D打印的模型的主要缺点是耐用性较差。注塑通常需要达到高温,远远超出了大多数SLA树脂能承受的温度范围。当需要打印用于注塑的模型时要选择高温树脂材料,但是温度仍然是一大弱点。

3D打印材料的硬度也不如铝和钢材。每弹出一个工件都会在模具上产生应变,即使是最坚固的3D打印模具也不可能像传统模具那有经受上千次的模具弹出。

3D Printing Injection Molds

加固模具

但是也有一些办法可以提升3D打印模具的耐用性。比如经常采用的方法:将3D打印模具嵌入铝框内。这个方法可以让模具更加坚固,同时保护材料不受高温影响和减少一定的磨损。在模具设计中集成通道和通风孔等功能也很重要。 通道允许多余的材料流出并显著提升冷却效果,而小通风口虽然只有几毫米大,但能有助于排出气体,避免气体积聚而导致其他问题。

后处理

值得一提的是3D打印模具在打印完成后还需要精细打磨。即使在打印的层厚很小,模具还是会出现一定程度的层级和粗糙度,所以需要打磨和抛光,以确保最终的模具不会有层级和粗糙现象。为了尽可能地减少打磨,在打印模具时要选好模具打印摆向,确保支撑结构是在模具的背面,不影响其正面。

3D Printing Injection Molds

相同的技术,不同的工艺

ProroFab这样的工业级SLA设备的成型精度与CNC的加工精度相当,因此精度不成问题。虽然在某些情况下,在后处理过程中可能有需要钻非常小的孔或轻敲出复杂的螺纹,但尽管如此,总的加工时间仍是大大短于相同的CNC加工模具。

重要的是桌面级SLA设备是绝对不适合制作模具的。除了SLAPolyJet设备,大多数其他形式的3D打印都具有使其不适合模具生产的特性。 SLA的性价比比PolyJet更高,因此我们推荐采用SLA技术。

总结

当情况合适时,3D打印注塑成型是一个很好的选择。尤其是在只需要进行少量原型制造,或者说是小批量生产的情况下,3D打印注塑成型就是完美的选择。它也非常适合于设计可能进行多次修改的情况,例如通过多次迭代演变的产品。当条件合适时,这种制造形式可能比传统方法便宜10倍以上,更不用说其效率之高。然而,如上所述,3D打印模具也在许多方面都不如传统的金属模具,因此需要仔细权衡各中利弊。

适合采用3D 打印注塑成型的情况

适合采用传统注塑成型的情况

产量在50100

产量在100件以上

定期更新的设计

设计已确定不变

交期短

相对较长的制造周期

想要降低成本的小型制造商

有投资财力的大型制造商

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