
近年來,隨著工業4.0的發展,中國製造業從“製造”向“智造”方向的發展速度越來越迅速,3D打印技術已在我國製造業中得到了廣泛運用,3D打印機可為模具設計和製造提供高效、低成本的支持。甚至隨著3D打印技術的迅猛發展,在部分領域,已逐漸開始顛覆模具技術,與之形成直接競爭關係。

“相比3D打da印yin技ji術shu,傳chuan統tong的de模mo具ju製zhi造zao需xu要yao更geng多duo的de步bu驟zhou和he工gong藝yi,模mo具ju生sheng產chan周zhou期qi更geng長chang。模mo具ju製zhi造zao商shang推tui出chu一yi種zhong新xin產chan品pin時shi,在zai上shang市shi之zhi前qian,新xin品pin需xu通tong過guo嚴yan苛ke的de國guo際ji標biao準zhun和he認ren證zheng,而er眾zhong多duo部bu件jian的de認ren證zheng將jiang耗hao時shi巨ju大da。這zhe會hui使shi新xin產chan品pin在zai搶qiang占zhan市shi場chang的de時shi間jian上shang處chu於yu非fei常chang不bu利li的de位wei置zhi。而er3D打印注塑模具則是一種高效的解決方案。知名廠商易模塑是這麼做的,在他們的開放性實驗室內,利用3D打印技術製造注塑模具。”據國際模協秘書長羅百輝介紹,通常情況下,生產一個模具需要幾個星期到兩月之久,而使用3D打印技術可以在幾個小時內完成模具原型,並且可以根據測試結果立即進行修改。然後注塑出zui終的產品樣品。這些產品樣品可以直接發送認證,而這時傳統模具製造可能仍在生產當中,甚至在模具zui後確定之前,3D打印成品就已經通過認證,大大縮短了開發周期。僅在模具生產周期上,3D打印技術已經對傳統的模具製造產生了一定的衝擊。
然而業內專家表示,盡管3D打印技術具有生產周期短、原料便捷、製品壓力均勻等眾多優點,但是3D打印技術並不能完全取代傳統的模具製造方法,這是因為3D打印技術在生產製造過程中還存在一些問題。比如,3Ddayinjishushizhucengjiagongdedaochanpin,zhesuiranhuisuoduanmojudeshengchanzhouqi,dantongshiyehuidaozhimojubiaomianjuyoutaijiewenxiaoying。zhijiedayindemojuyecunzaileisiwenti,houqixuyaojixiejiagonghuozhepenshalaixiaochuzhexiexixiaode、齒狀的邊緣。此外,小於1mm的孔必須鑽,更大的孔需要擴孔或者鑽孔,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。鋁模和鋼模通常經曆500F(260℃)甚至更高溫度環境,尤其在加工高溫塑料,如PEEK和PEI材料時。用金屬材質模具生產幾千個零件很容易,在zui終量產模具出來前也可作為過渡模具使用。而使用3D打da印yin技ji術shu製zhi造zao的de模mo具ju材cai料liao一yi般ban是shi光guang敏min或huo者zhe熱re固gu性xing樹shu脂zhi,它ta們men通tong過guo紫zi外wai光guang或huo者zhe激ji光guang固gu化hua。這zhe些xie塑su料liao模mo具ju盡jin管guan比bi較jiao硬ying,但dan是shi在zai注zhu塑su的de熱re循xun環huan條tiao件jian下xia損sun毀hui非fei常chang迅xun速su。事shi實shi上shang,在zai溫wen和he環huan境jing下xia3D打印模具通常在使用100次以內會失效,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,甚至隻能生產幾個零件。
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。但是這個類比並不公平,打印模具陳本的評估通常隻考慮材料消耗,並沒有考慮人工、裝配與安裝、噴射係統和五金器具。比如ProtoLabsd的鋁模具花費1500美元可以用於生產。如果需要生產更多零件,采用3D打印模具,每生產50-100個產品就需要重新打印、裝配機測試新的模具。另一方麵,不考慮所使用的塑料,鋁模具通常在生產10000個零件之後仍然服役良好。因此,在生產成本上,3D打印並不比傳統的模具製造方法更能節省成本。
另ling外wai,在zai產chan品pin設she計ji上shang,傳chuan統tong注zhu塑su模mo具ju製zhi造zao的de原yuan則ze及ji實shi踐jian已yi經jing有you超chao過guo一yi個ge世shi紀ji的de曆li史shi,行xing業ye對dui其qi研yan究jiu比bi較jiao透tou徹che,比bi如ru拔ba模mo斜xie角jiao必bi須xu大da於yu等deng於yu5度,以滿足大部分鋁模要求。3D打印模具注塑塑料零件卻麵臨挑戰,對塑料模具頂針的數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麵,3D打印模具(尤其是高注塑溫度)在某種程度上更為靈活。澆口的設計也不同,應當避免使用隧道式和點狀澆口。直接澆口、扇形澆口、翼形澆口應該增加到正常尺寸的3倍。打印模具內聚合物的流動方向應該與3D打印線一致,避免粘滯和低壓引起的高填充。冷卻係統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次數,因為3D打印模具的散熱能力不像鋁模或鋼模那麼好。
綜上,3D打印技術並不會完全取代傳統的模具製造業的地位。因為3D打印模具在成品質量、產品成本和模具設計上與傳統模具製造相比,還存在一定的不足。並且,3D打印也不適合批量生產,生產1件和生產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打印技術隻能針對小批量生產周期要求緊張的模具生產,大批量的生產還是以傳統模具製造為主。