3D打印已經(jīng)給制造業(yè)帶來了巨大影響,許多3D打印支持者聲稱,3D打印對需要開模具的注塑成型是個很好的代替。盡管 3D打印模具有自己的一席之地,有些企業(yè)在3D打印模具的應(yīng)用上比較成功,但3D打印塑料模具并不能否取代傳統(tǒng)機加工模具。其存在著以下幾點劣勢:
表面質(zhì)量:3D打印逐層加工得到零件,這會導(dǎo)致產(chǎn)品表面有臺階紋效應(yīng)。直接打印的模具也存在類似問題,后期需要機加工或者噴砂來消除這些細(xì)小的、齒狀的邊緣。此外,小于1mm的孔必須鉆,更大的孔需要擴孔或者鉆孔,螺紋特征需要攻絲或者銑削。這些二次處理很大程度上削弱了3D打印模具的速度優(yōu)勢。
尺寸因素:如果你要設(shè)計滑板或者塑料工具箱,3D打印模具也許是毫無問題的。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。而且盡管當(dāng)前的增材設(shè)備的精度很高,但是仍然沒法同加工中心和EDM設(shè)備比較。后者加工的模腔精度通常達(dá)±0.003英寸(0.076mm),零件體積高達(dá)59立方英寸,大致是3D打印零件體積的6倍。
高溫環(huán)境: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(jīng)歷500F(260℃)甚至更高溫度環(huán)境,尤其在加工高溫塑料,如PEEK和PEI(Ultem)材料。用這些金屬模具生產(chǎn)幾千個零件很容易,在最終量產(chǎn)模具出來前也可作為過渡模具使用。使用SLA或者相似3D打印技術(shù)制造的模具材料一般是光敏或者熱固性樹脂,它們通過紫外光或者激光固化。這些塑料模具盡管比較硬,但是在注塑的熱循環(huán)條件下?lián)p毀非常迅速。事實上,在溫和環(huán)境下3D打印模具通常在使用100次以內(nèi)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,甚至只能生產(chǎn)幾個零件。
比較成本:使用3D打印模具的一大原始是因為其成本低。生產(chǎn)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。但是這個類比并不公平,打印模具陳本的評估通常只考慮材料消耗,并沒有考慮人工、裝配與安裝、噴射系統(tǒng)和五金器具。比如ProtoLabsd的鋁模具花費1500美元可以用于生產(chǎn)。如果需要生產(chǎn)更多零件?采用3D打印模具,你每生產(chǎn)50-100個產(chǎn)品就需要重新打印、裝配機測試新的模具。另一方面,不考慮所使用的塑料,鋁模具通常在生產(chǎn)10000個零件仍然服役良好。
產(chǎn)品設(shè)計:傳統(tǒng)注塑模具制造的原則及實踐已經(jīng)有超過一個世紀(jì)的歷史,行業(yè)對其研究比較透徹。3D打印模具卻非常新。比如拔模斜角必須大于等于5度,以滿足大部分鋁模要求。塑料模具注塑塑料零件卻面臨挑戰(zhàn),對塑料模具頂針的數(shù)量與安裝位置需要額外小心。
而且,在增加模腔壁厚和降低壓力方面,塑料模具(尤其是高注塑溫度)在某種程度上更為靈活。澆口的設(shè)計也不同,應(yīng)當(dāng)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(yīng)該增加到正常尺寸的3倍。
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