随着3D打印技术的普及遍及整个工业制造领域,该技术的价值已不仅仅是快速原型制作工具而变得越来越明显。即使不使用增材制造(AM)生产终端零件,企业仍在学习可以将其用于传统生产流程的模具制造。特别是,由于AM在制造定制,按需和复杂零件方面提供的各种好处,用于注塑成型和压铸的模具3D打印和模具具有很大的潜力。
3D打印模具
对于批量生产塑料零件而言,最常见的注塑方法是在高压下将液态塑料注入模具中。填充模具的所有型腔,塑料变硬,然后去除成品零件。通常,所使用的聚合物是热塑性塑料,它们在高温下熔化并在进入模具后冷却。
螺杆注塑成型的四个阶段。
通常,模具是由铝或钢精密加工而成,其成本可能高达数千到数十万美元。因此,大批量生产数以万计的零件时,注塑成型是最具成本效益的。对于50至100个零件的小批量注射成型,3D打印可以是一种更具成本效益的选择。
可能选择3D打印进行模具生产的其原因包括周转时间短。印刷模具可以在几天或几周内完成,而用CNC机器制造的模具则需要五到七周的交货时间。
用于制造传感器的3D打印塑料模具。图片由Promolding提供。
根据零件的确切要求,选择的AM技术不一定是金属。相反,可以使用材料喷射和SLA来制造具有高精度和良好表面光洁度的模具。对于尺寸小于150毫米的较小零件尤其如此。
具有铝框的3D打印模具。图片由Formlabs提供。
正如3D集线器在3D打印注塑模具的特别有用的设计指南中解释的那样,铝框架通常用于为3D打印的塑料模具插件提供支撑,以抵抗注塑过程中的压力和热量。如果没有这样的框架,模具很可能会因连续使用而翘曲,但是保形的冷却通道可以更容易地集成到塑料模具中。但是,如果首先要用金属3D打印模具,则不必为此担心。
3D打印模具
压铸是一个与注射成型非常相似的过程,只是将熔融塑料替换为熔融金属。液态金属在高压下注入金属模具(在这种情况下与模具相同)中,该模具填充模具的型腔并变硬以形成金属零件。压铸通常用于大量的中小型零件。您会发现压铸件用于皮带扣和汽车发动机等组件。
由Exco Engineering打印的具有集成冷却通道3D的压铸插件。图片由Exco Engineering提供。
3D打印模具与使用AM生产用于注模的模具具有许多相同的优点:快速周转和产生复杂几何形状的能力。当模具用于小批量生产时,3D打印可以更具成本效益。
通常,模具必须由金属制成,以承受压铸过程中的高温和高压,这对于某些熔模铸造技术而言并不一定是正确的。专门从事3D打印模具和嵌件(用于修改模具和模具)的公司报告说,很难选择合适的材料。加拿大公司Exco Engineering有时会选择马氏体时效钢,而不是H13工具钢(后者可能更通常用于传统压铸),因为它们具有H13制成的3D打印模具,具有高孔隙率和开裂性。但是,正如我们将在以后的文章中讨论的那样,有些技术开辟了使用多种金属的可能性 以获得3D打印模具的某些结果。
在本系列的后续文章中,我们将介绍用于注塑成型和压铸的模具3D打印和模具的一些优势,以及使用的某些特定AM工艺和某些特定应用。
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