3D打印注塑模具成本效益分析及創新性應用

魔猴君  知識堂   1782天前

金屬增材制造是模具制造中的一種工藝，需要與銑削、電火花等傳統工藝結合，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”，為注塑模具制造領域提供包括模具設計、數據準備、打印、質量管理、CNC 準備、機加工、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用，對注塑模具加工中的痛點、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、設計與材料等話題進行了分享。

l 傳統注塑常遇見的問題

在注塑時，可能出現不完全填充、縮印，開模之后可能會出現困氣紋、夾水線，以及翹曲變形等問題。

來源：GF 加工方案

以往模具加工問題的統計分析發現，超過50%的模具產品質量問題，都是源自溫度控制不當。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域。

GF 加工方案在微課中對傳統的直線水路與隨形水路的設計區別，以及隨形冷卻水路如何改變熱分布，進行了實例分析。在應用實例中將看到，增材制造隨形水路模具，在使用過程中膠口斷膠表現良好，無拉絲與纏膠的情況出現。

l  金屬3D打印模具應用新方向

模具困氣是注塑工藝中的常見問題，由于氣體排出不順暢導致產品缺膠、發黑、燒焦。傳統解決方式是采用機加工的排氣系統及透氣鋼材料。

來源：GF 加工方案

微課分享了傳統排氣系統和透氣鋼應用中存在的挑戰，以及金屬增材制造透氣模具在設計上的創新性與性能上的優勢。

以上談到的隨形水路與氣路的設計都可以通過增材制造直接制造出來，但也可以通過嫁接3D打印的方式進行制造。通過將CNC 加工部分與3D打印隨形水路部分進行嫁接，能夠實現隨形水路模具的加工效率的提升，并降低了成本。GF 加工方案針對實現嫁接工件準確定位時所存在的難點，推出了專有解決方案。

l 金屬增材隨形水路案例分析

在案例分析環節，GF 加工方案分享了電動牙刷、手機充電器外殼、汽車反射鏡前照燈金屬增材制造模具應用案例。

GF 加工方案通過電動牙刷隨形水路注塑模具案例，對水路重新設計、模流分析、水路長度與參數對比、以及包括溫度分析、冷卻時間對比分析在內的實際注塑效果，進行了詳細分析。

來源：GF 加工方案 

在電動牙刷案例的成本與效益試算中，GF 對傳統模具與隨形冷卻模具的模具節拍時間進行了對比。增材制造隨形冷卻模具，縮短了冷卻時間與塑化時間，節約的時間最終將轉化為效益。

接下來，對傳統模芯與增材制造模芯，在工序與加工時間上的區別進行了對比，分析結果表明，從設計到最終成品，增材制造模芯所需的總時間為118小時，傳統模芯總時間為144小時。然后，對傳統模芯與增材制造模芯的參數進行了分析，分析數據包括模仁體積（重量）、冷卻時間、注塑成品平均變形量、合格率四個維度。

在該案例的成本試算中，GF 從注塑機成本、模具成本、人力成本三個角度做了計算。

l 金屬增材模具的流程化生產

GF 加工方案提出了“增材制造隨形水路模具7步走”，為注塑模具制造領域提供包括模具設計、數據準備、打印、質量管理、CNC 準備、機加工、線切割的整體解決方案。

來源：GF 加工方案

在整體解決方案中所集成的金屬增材制造設備-DMP Flex 350，是為高精度直接金屬打印而設計的，并針對需要復雜部件和重型金屬部件的關鍵應用進行了優化，利用業內含氧量最低的真空打印倉與改進的氣流技術，確保每一個零件打印出來的致密性和化學純度。通過該設備打印的模具致密度高，表面質量好。

來源：GF 加工方案

上圖中的左圖是打印效果實拍照片，右圖是東莞模具中心為該設備制造的3D打印模具所做的表面效果分析。分析結果表明，模具砂孔少，并且其中95%的砂孔小于10μ。根據GF，用該設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  隨形水路的設計原則與材料簡介

GF 在微課中分享了金屬增材制造隨形水路的關鍵設計規則：水路長度、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。

來源：3D科學谷