工業(yè)手板打印解決方案

如今，3D打印和各種打印材料（塑料、橡膠、復(fù)合材料、金屬、蠟和砂）已經(jīng)給許多行業(yè)帶來了很大的便利，這其中也包括模具制造。

那么模具制造能夠從3D打印技術(shù)上得到什么好處嗎？

其實模具制造的以下幾個環(huán)節(jié)是能夠用到3D打印技術(shù)的：

• 成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、紙漿模具、可溶性模芯、玻璃鋼模具等等）
• 鑄模（熔模、砂模、旋壓等...）
• 成型（熱成型，金屬液壓成型等...）
• 機(jī)械加工、裝配和檢驗（固定夾具、移動夾具、模塊化夾具等...）
• 機(jī)器人末端執(zhí)行器（夾手）

用3D打印制造模具有許多優(yōu)點(diǎn)：

1）模具生產(chǎn)周期縮短

3D打印模具縮短了整個產(chǎn)品開發(fā)周期，并成為驅(qū)動創(chuàng)新的源頭。3D打印使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換和改善。它能夠使模具設(shè)計周期，跟得上產(chǎn)品設(shè)計周期的步伐。

2）制造成本降低

如果說當(dāng)下金屬3D打印的成本要高于傳統(tǒng)的金屬制造工藝的成本，那么成本的削減在塑料制品領(lǐng)域更容易實現(xiàn)。

此外，3D打印在幾個小時內(nèi)制造出精確模具的能力也會對制造流程和利潤產(chǎn)生積極的影響。 尤其是當(dāng)生產(chǎn)停機(jī)和/或模具庫存十分昂貴的時候。

最后，有時經(jīng)常會出現(xiàn)生產(chǎn)開始后還要修改模具的情況。3D打印的靈活性使工程師能夠同時嘗試無數(shù)次的迭代，并可以減少因模具設(shè)計修改引起的前期成本。

3）模具設(shè)計的改進(jìn)為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性。

3D打印具有整合設(shè)計，并減少零部件數(shù)量的能力。這樣就簡化了產(chǎn)品組裝過程，并減少了公差。此外，它能夠整合復(fù)雜的產(chǎn)品功能，使高功能性的終端產(chǎn)品制造速度更快、產(chǎn)品德缺陷更少。

4）定制模具幫助實現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化

更短的生產(chǎn)周期、制造更為復(fù)雜幾何形狀、以及降低最終制造成本的能力，使得企業(yè)能夠制造大量的個性化工具來支持定制部件的制造。

利用3D打印技術(shù)的模具制造流程

利用3D打印技術(shù)直接制造模具的流程如圖2所示（以SLM工藝為例），可分為成型前準(zhǔn)備、SLM成型和成型后處理三個階段。成型前準(zhǔn)備包括模具模型的3D建模、STL格式轉(zhuǎn)化、添加支撐結(jié)構(gòu)、確定工藝參數(shù)、進(jìn)行分層切片等數(shù)據(jù)處理；


成型前處理

（1）模型設(shè)計

模型設(shè)計是模具制造的第一步，直接決定了模具的外形特征。

（2）添加支撐

添加支撐的目的主要有兩方面
一是為了將成型工件固定在基板上。

二是為了防止特定結(jié)構(gòu)打印時的特征丟失，這主要是針對傾角較大的結(jié)構(gòu)。

添加支撐是成型前處理的重要工作，對工件的成型質(zhì)量有著重要影響。不同加工設(shè)備的支撐有所區(qū)別，主要分為兩類，一類是交錯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于底面平直部分較大的工件支撐；

另一類是片狀的支撐，應(yīng)用于圓柱面等非平直曲面的支撐。最小的支撐高度，即最低成型面到基板平面的距離，過高則造成工件的總成型高度過大，所需的鋪粉粉料用量變大；過低則會造成取件困難，綜合考慮，一般選擇3至5mm。


（3）確定工藝參數(shù)

工藝參數(shù)直接決定了成型工件的質(zhì)量。工藝參數(shù)包括鋪粉厚度、激光掃描速度、掃描方式、工件擺放的空間位置等。


成型后處理

（1）取件

3D打印成型完畢后，打印工件淹沒在粉料里，取件時先將熔結(jié)產(chǎn)生的廢料清除，防止廢料污染粉料；然后將工作臺上升，在加工倉內(nèi)進(jìn)行初步的清粉，使用毛刷將未燒結(jié)的、依附在工件表面的粉料清掃入粉料回收缸，以備循環(huán)使用，最后將工件和基板一并取出。


（2）去除支撐

取件后，需將工件與基板分離，通常采用線切割、鋸等方式。線切割分離時間較長，多用于支撐較多，支撐連接處具有薄壁特征的工件分離，因為該分離方式較為柔和，不會造成工件變形。當(dāng)工件較小、支撐較少，或支撐連接處為實心結(jié)構(gòu)時，為節(jié)省分離時間，也可以采用鑿子直接將工件取下。


（3）清粉

該清粉主要針對模具的冷卻通道部分，可以采用毛刷直接清粉，也可以使用吸塵器或吹風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備去除滯留在冷卻管道內(nèi)部的粉料。冷卻通道的結(jié)構(gòu)對清粉難度有一定的影響，例如直徑、通道曲率半徑等。


（4）噴砂

噴砂是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，使工件的外表或形狀發(fā)生變化，獲得一定的性能。


（5）其他加工

SLM工藝的技術(shù)優(yōu)勢在于成型內(nèi)部具有復(fù)雜、非規(guī)則結(jié)構(gòu)的工件。注塑模具內(nèi)部具有冷卻通道，外部具有各種結(jié)構(gòu)類型，如凸臺、凹孔等。

目前，由于SLM工藝成型的工件表面粗糙度較大，精度難以控制，將SLM成型的模具直接應(yīng)用于塑料成型還不成熟，尤其是對表面光潔度、精度要求較高的塑料制件。因此，還需要借助其他傳統(tǒng)機(jī)械加工方式進(jìn)行后續(xù)加工，才能滿足模具的精度、表面質(zhì)量等要求。