在注塑生產中,可用于制造帶有微觀特征注塑件的方法有多種,但是其中多數方法只能夠在平面或曲率恒定的曲面中實現微觀特征。丹麥技術大學(DTU)的一個研究團隊通過DLP 3D打印技術制造的注塑模具鑲件,則能夠實現在復雜表面上創建微觀特征。
這一技術在帶有復雜微觀特征的注塑件制造領域具有應用潛力,特別是在復雜塑料醫療器械、內植物制造領域具有應用潛力。
在自由曲面上創建微觀特征
丹麥技術大學(DTU)發表了題為 “ A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars”的研究論文。在研究中他們使用了 “軟工具工藝鏈” ,在復雜表面上創建三維微觀特征。這種工藝其實是通過DLP 3D打印技術制造帶有微表面特征的注塑模具鑲件,并用一套3D打印鑲件替代以往使用的鋼模腔。
在研究過程中,研究團隊用這種帶有3D打印鑲件的模具進行了PE 材料的注塑成型。
(a)左邊兩個為DLP 3D打印的鑲件,它們形成模腔,最右邊為注塑成型的PE零件;刻度尺上的單位是毫米,數字為厘米。(b)掃描電子顯微鏡(SEM)圖像中的鑲件表面; (c)SEM圖像中的PE零件表面。
研究團隊表示,該技術與金屬增材制造技術相比能夠實現更高的精度,與基于CNC 加工的傳統模具加工工藝相比,能夠顯著降低加工時間和成本。這種模具適合生產設計變化大,并且中等批量的塑料件(1000-10,000次循環)。此外這種模具可以生產標準商用注塑板,不需要使用特殊的注塑模板。
但是通過這種3D打印模具生產的零件表面質量有限,對此研究團隊表示,可以通過化學方法對零件進行后處理,以改善其表面質量。注塑件的表面特征精度也是有限的,然而研究人員認為,對于制造帶有復雜表面和具有微觀特征的模具鑲件來說,3D打印不失為一種經濟高效的方法。
研究團隊表示,由于這種DLP 3D打印模具鑲件可以在自由曲面上創建微觀特征,該方法在制造復雜微觀特征的塑料醫療器械和植入器械領域具有應用潛力。
3D打印技術與注塑模具制造的結合主要包括兩類:
一類是通過選區激光熔融金屬3D打印技術制造隨形冷卻模具。傳統加工技術在制造冷卻通道時采用交叉鉆孔方式,引導冷卻材料的通道通常是直的,在模制部件中產生較慢的和不均勻的冷卻效果。3D打印技術使冷卻通道擺脫了交叉鉆孔的限制,在設計模具冷卻通道時,可以使冷卻水路更靠近模具的冷卻表面并帶有平滑的角落,從而實現更快的流量,增加熱量轉移到冷卻液的效率,最終帶來更高質量的零件和較低的廢品率。
3D打印與注塑模具的另一類結合是通過立體光固化(SLA)或Stratasys的Polyjet 3D打印技術直接制造注塑模具 / 鑲件,該技術用于小批量注塑生產,通常是在產品的研發試制階段作為一種小批量快速注塑生產的手段。例如,Wehl & Partner 公司通過SLA 3D打印設備和DSM Somos 的光敏樹脂材料快速制造注塑模具,只需1-2周即可將注塑產品交付給客戶。如果用于注塑的材料是聚丙烯,3D打印的塑料模具可生產上百件塑料產品,如果使用的注塑材料是玻璃纖維材料,每個模具大約可以生產40-50個產品。
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