3D打印注塑模具成本效益分析及創(chuàng)新性應(yīng)用

魔猴君  知識(shí)堂   1658天前

金屬增材制造是模具制造中的一種工藝，需要與銑削、電火花等傳統(tǒng)工藝結(jié)合，組合成一種全新的模具制造流程。GF 加工方案提出了“增材制造隨形水路模具7步走”，為注塑模具制造領(lǐng)域提供包括模具設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、打印、質(zhì)量管理、CNC 準(zhǔn)備、機(jī)加工、線切割的整體解決方案。在本期微課中，GF加工方案基于其整體增材制造解決方案在注塑模具制造中的應(yīng)用，對(duì)注塑模具加工中的痛點(diǎn)、金屬增材制造隨形冷卻模具的成本效益、金屬增材制造工藝、設(shè)計(jì)與材料等話題進(jìn)行了分享。

l 傳統(tǒng)注塑常遇見(jiàn)的問(wèn)題

在注塑時(shí)，可能出現(xiàn)不完全填充、縮印，開(kāi)模之后可能會(huì)出現(xiàn)困氣紋、夾水線，以及翹曲變形等問(wèn)題。

來(lái)源：GF 加工方案

以往模具加工問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，超過(guò)50%的模具產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，都是源自溫度控制不當(dāng)。為了更好的控制模具溫度，增材制造的隨形水路工藝被引入到注塑模具制造領(lǐng)域。

GF 加工方案在微課中對(duì)傳統(tǒng)的直線水路與隨形水路的設(shè)計(jì)區(qū)別，以及隨形冷卻水路如何改變熱分布，進(jìn)行了實(shí)例分析。在應(yīng)用實(shí)例中將看到，增材制造隨形水路模具，在使用過(guò)程中膠口斷膠表現(xiàn)良好，無(wú)拉絲與纏膠的情況出現(xiàn)。

l  金屬3D打印模具應(yīng)用新方向

模具困氣是注塑工藝中的常見(jiàn)問(wèn)題，由于氣體排出不順暢導(dǎo)致產(chǎn)品缺膠、發(fā)黑、燒焦。傳統(tǒng)解決方式是采用機(jī)加工的排氣系統(tǒng)及透氣鋼材料。

來(lái)源：GF 加工方案

微課分享了傳統(tǒng)排氣系統(tǒng)和透氣鋼應(yīng)用中存在的挑戰(zhàn)，以及金屬增材制造透氣模具在設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新性與性能上的優(yōu)勢(shì)。

以上談到的隨形水路與氣路的設(shè)計(jì)都可以通過(guò)增材制造直接制造出來(lái)，但也可以通過(guò)嫁接3D打印的方式進(jìn)行制造。通過(guò)將CNC 加工部分與3D打印隨形水路部分進(jìn)行嫁接，能夠?qū)崿F(xiàn)隨形水路模具的加工效率的提升，并降低了成本。GF 加工方案針對(duì)實(shí)現(xiàn)嫁接工件準(zhǔn)確定位時(shí)所存在的難點(diǎn)，推出了專有解決方案。

l 金屬增材隨形水路案例分析

在案例分析環(huán)節(jié)，GF 加工方案分享了電動(dòng)牙刷、手機(jī)充電器外殼、汽車反射鏡前照燈金屬增材制造模具應(yīng)用案例。

GF 加工方案通過(guò)電動(dòng)牙刷隨形水路注塑模具案例，對(duì)水路重新設(shè)計(jì)、模流分析、水路長(zhǎng)度與參數(shù)對(duì)比、以及包括溫度分析、冷卻時(shí)間對(duì)比分析在內(nèi)的實(shí)際注塑效果，進(jìn)行了詳細(xì)分析。

來(lái)源：GF 加工方案 

在電動(dòng)牙刷案例的成本與效益試算中，GF 對(duì)傳統(tǒng)模具與隨形冷卻模具的模具節(jié)拍時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比。增材制造隨形冷卻模具，縮短了冷卻時(shí)間與塑化時(shí)間，節(jié)約的時(shí)間最終將轉(zhuǎn)化為效益。

接下來(lái)，對(duì)傳統(tǒng)模芯與增材制造模芯，在工序與加工時(shí)間上的區(qū)別進(jìn)行了對(duì)比，分析結(jié)果表明，從設(shè)計(jì)到最終成品，增材制造模芯所需的總時(shí)間為118小時(shí)，傳統(tǒng)模芯總時(shí)間為144小時(shí)。然后，對(duì)傳統(tǒng)模芯與增材制造模芯的參數(shù)進(jìn)行了分析，分析數(shù)據(jù)包括模仁體積（重量）、冷卻時(shí)間、注塑成品平均變形量、合格率四個(gè)維度。

在該案例的成本試算中，GF 從注塑機(jī)成本、模具成本、人力成本三個(gè)角度做了計(jì)算。

l 金屬增材模具的流程化生產(chǎn)

GF 加工方案提出了“增材制造隨形水路模具7步走”，為注塑模具制造領(lǐng)域提供包括模具設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、打印、質(zhì)量管理、CNC 準(zhǔn)備、機(jī)加工、線切割的整體解決方案。

來(lái)源：GF 加工方案

在整體解決方案中所集成的金屬增材制造設(shè)備-DMP Flex 350，是為高精度直接金屬打印而設(shè)計(jì)的，并針對(duì)需要復(fù)雜部件和重型金屬部件的關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，利用業(yè)內(nèi)含氧量最低的真空打印倉(cāng)與改進(jìn)的氣流技術(shù)，確保每一個(gè)零件打印出來(lái)的致密性和化學(xué)純度。通過(guò)該設(shè)備打印的模具致密度高，表面質(zhì)量好。

來(lái)源：GF 加工方案

上圖中的左圖是打印效果實(shí)拍照片，右圖是東莞模具中心為該設(shè)備制造的3D打印模具所做的表面效果分析。分析結(jié)果表明，模具砂孔少，并且其中95%的砂孔小于10μ。根據(jù)GF，用該設(shè)備制造的金屬增材制造模具，能夠滿足80%以上注塑模具的需求。

l  隨形水路的設(shè)計(jì)原則與材料簡(jiǎn)介

GF 在微課中分享了金屬增材制造隨形水路的關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)則：水路長(zhǎng)度、水路與模面的距離、水路截面積大小。

在微課的最后，GF 分享了模具增材制造常用的打印材料及其性能。

來(lái)源：3D科學(xué)谷