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2018-08-10
模具被譽為“工業(yè)之母”，其應用可以追溯到遠古時代，在過去的幾十年里，隨著科技革命車輪的滾滾向前，模具制造行業(yè)拉開了新的篇章，技術(shù)隨之突飛猛進，為加工制造業(yè)做出了巨大的貢獻?，F(xiàn)如今，雖然世界各地的傳統(tǒng)制造業(yè)還是以模具為生產(chǎn)主力，但是模具的發(fā)展卻受到了3D打印技術(shù)的沖擊。
科技革命車輪的滾滾向前，模具制造行業(yè)拉開了新的篇章，技術(shù)隨之突飛猛進，為加工制造業(yè)做出了巨大的貢獻。現(xiàn)如今，雖然世界各地的傳統(tǒng)制造業(yè)還是以模具為生產(chǎn)主力，但是模具的發(fā)展卻受到了3D打印技術(shù)的沖擊。
近年來，隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，中國制造業(yè)從“制造”向“智造”方向的發(fā)展速度越來越迅速，3D打印技術(shù)已在我國制造業(yè)中得到了廣泛運用，3D打印機可為模具設(shè)計和制造提供高效、低成本的支持。甚至隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，在部分領(lǐng)域，已逐漸開始顛覆模具技術(shù)，與之形成直接競爭關(guān)系。
據(jù)了解，相比3D打印技術(shù)，傳統(tǒng)的模具制造需要更多的步驟和工藝，模具生產(chǎn)周期更長。模具制造商推出一種新產(chǎn)品時，在上市之前，新品需通過嚴苛的國際標準和認證，而眾多部件的認證將耗時巨大。這會使新產(chǎn)品在搶占市場的時間上處于非常不利的位置。而3D打印注塑模具則是一種高效的解決方案。知名廠商施耐德電氣是這么做的，在他們的開放性實驗室內(nèi)，利用3D打印技術(shù)制造注塑模具。
據(jù)了解，相比3D打印技術(shù)，傳統(tǒng)的模具制造需要更多的步驟和工藝，模具生產(chǎn)周期更長。模具制造商推出一種新產(chǎn)品時，在上市之前，新品需通過嚴苛的國際標準和認證，而眾多部件的認證將耗時巨大。這會使新產(chǎn)品在搶占市場的時間上處于非常不利的位置。而3D打印注塑模具則是一種高效的解決方案。知名廠商施耐德電氣是這么做的，在他們的開放性實驗室內(nèi)，利用3D打印技術(shù)制造注塑模具。
據(jù)施耐德相關(guān)人員介紹，通常情況下，生產(chǎn)一個模具需要幾個星期到兩月之久，而使用3D打印技術(shù)可以在幾個小時內(nèi)完成模具原型，并且可以根據(jù)測試結(jié)果立即進行修改。然后注塑出最終的產(chǎn)品樣品。這些產(chǎn)品樣品可以直接發(fā)送認證，而這時傳統(tǒng)模具制造可能仍在生產(chǎn)當中，甚至在模具最后確定之前，3D打印成品就已經(jīng)通過認證，大大縮短了開發(fā)周期。
僅在模具生產(chǎn)周期上，3D打印技術(shù)已經(jīng)對傳統(tǒng)的模具制造產(chǎn)生了一定的沖擊。然而業(yè)內(nèi)專家表示，盡管3D打印技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、原料便捷、制品壓力均勻等眾多優(yōu)點，但是3D打印技術(shù)并不能完全取代傳統(tǒng)的模具制造方法，這是因為3D打印技術(shù)在生產(chǎn)制造過程中還存在一些問題。
比如，3D打印技術(shù)是逐層加工得到產(chǎn)品，這雖然會縮短模具的生產(chǎn)周期，但同時也會導致模具表面具有臺階紋效應。直接打印的模具也存在類似問題，后期需要機械加工或者噴砂來消除這些細小的、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，這些二次處理在很大程度上削弱了3D打印模具的速度優(yōu)勢。
同時，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材料時。用金屬材質(zhì)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。而使用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。
此外，使用3D打印模具的一大原因是其成本低。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Proto Labsd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，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個零件之后仍然服役良好。因此，在生產(chǎn)成本上，3D打印并不比傳統(tǒng)的模具制造方法更能節(jié)省成本。
綜上，3D打印技術(shù)并不會完全取代傳統(tǒng)的模具制造業(yè)的地位。因為3D打印模具在成品質(zhì)量、產(chǎn)品成本和模具設(shè)計上與傳統(tǒng)模具制造相比，還存在一定的不足。并且，3D打印也不適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)1件和生產(chǎn)1萬件的成本單價基本接近，而且3D打印需要的時間也較長。目前的3D打印技術(shù)只能針對小批量生產(chǎn)周期要求緊張的模具生產(chǎn)，大批量的生產(chǎn)還是以傳統(tǒng)模具制造為主。
