Mantle推35萬美元3D打印設(shè)備，縮減注塑模具制造時間和50%成本

2022年9月7日，南極熊獲悉，Mantle公司推出一款價(jià)值35萬美元（約250萬人民幣）的新設(shè)備，它可以3D打印用于注射成型塑料的模具鑲件。

△該視頻解釋了Mantle的TrueShape工藝，如何制造高精密和表面光潔度的零件

技術(shù)背景
塑料注塑成型是指在一定溫度下，通過螺桿攪拌完全熔融的塑料材料，用高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成型品的方法。該工藝始于20世紀(jì)20年代，已有近百年的發(fā)展歷史，是目前使用非常廣泛、非常成熟的工業(yè)制造技術(shù)。

但是制造這些鋼模是極其精確的工作，需要很長時間（多年）才能成為一名工具制造者。另外，培養(yǎng)一名合格的工具制造者，除了需要足夠的時間，還需要經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)能力。

還有一點(diǎn)，雖然注塑件可以快速制成數(shù)萬個，但是制造這種工具需要花費(fèi)數(shù)周的時間。對于那些小型模具公司而言，通常需要六到八周或更久。尤其在全球供應(yīng)鏈中斷期間，有的甚至可以達(dá)到12周以上。因此，Mantle抓住這個3D打印模具市場前景。

△TrueShape技術(shù)可生產(chǎn)滿足工具制造商苛刻要求的精密部件

遇到的問題和市場前景
但是，熊友們可能會問，為什么不直接3D打印這些模具呢？其實(shí)這里面涉及很多問題。這些工具需要非常耐磨、精確、耐溫，而且表面處理需要近乎完美。目前，沒有太多的3D打印技術(shù)能滿足所有的要求，所以，這也是Mantle看好該領(lǐng)域的一個重要切入點(diǎn)。

Mantle公司的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Ted Sorom興奮地回憶起公司的起源，他表示："我被介紹給我的聯(lián)合創(chuàng)始人，他已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)，來制造連接太陽能電池板的導(dǎo)線。從那時起，他開始嘗試打印實(shí)物，而我對創(chuàng)辦一家珠寶公司并不感興趣。大約一個半月后，他在非常便宜的設(shè)備上打印出了低碳鋼，在當(dāng)時，還沒有其他人能做到這一點(diǎn)。所以，早在2015年，我就加入了他，并將技術(shù)推向市場。在過去的六年里，我們一直悶頭開發(fā)。”

當(dāng)兩人開始用低碳鋼打印時，Sorom立即意識到，會有一個非常重要的大市場可以使用這項(xiàng)技術(shù)。

他們不是用3D打印機(jī)來小批量打印零件或原型零件，而是用3D打印機(jī)來制造對大規(guī)模制造過程至關(guān)重要的零件（例如模具），無論是沖壓模具還是注射成型工具。兩者都需要極其精確的表面光潔度和耐用性。

Sorom解釋：“工具領(lǐng)域的表面光潔度、公差和材料耐久性要求是極其苛刻的，這些工具被用于數(shù)百萬次的循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模重復(fù)生產(chǎn)。因此，我們已經(jīng)創(chuàng)造了一種技術(shù)，可創(chuàng)造最終零件的嵌件。我們今天打印的材料類似于P20工具鋼，我們稱之為P2x。另一種是H13鋼。”

P20和H13，這是兩種常用的注射成型材料，它們具有極強(qiáng)的耐用性，對于模具來說可以使用數(shù)十萬次，甚至數(shù)百萬次。

△TrueShape技術(shù)對應(yīng)客戶需求，生產(chǎn)的精密部件

TrueShape工藝
該公司開發(fā)出一種FDM工藝，打印過程類似于MakerBot等公司的長絲打印機(jī)，采用一種膏狀材料，使用的是混有金屬粉末材料的液體。在打印完一層后，通過干燥過程去除液體成分，從而形成了一個密集的金屬粉末體。10層左右后，該過程會使用高速切割工具（很像數(shù)控銑床）來切割少量的材料，從而形成所需的表面光潔度和公差。每隔10層左右重復(fù)一次。

Sorom解釋道：“在這個過程的最后，由金屬粉末組成的構(gòu)建體，被密密麻麻地粘合劑固定在一起。再把它放進(jìn)一個爐子里，將它濃縮成一個固體金屬零件。也就是說總共分為兩步。第一步在機(jī)器上打印和成型，第二步在爐子里燒結(jié)零件?！?br />
這樣做的好處是，數(shù)控機(jī)床在獲得高精度零件方面非常出色，但難點(diǎn)是，工具鋼非常堅(jiān)硬，數(shù)控機(jī)床的切割工具切割過程非常緩慢。所以，通過在燒結(jié)前對零件進(jìn)行整形，該公司得到了兩方面的好處：得以再更軟的材料上進(jìn)行精密整形，然后 "烘烤 "零件實(shí)現(xiàn)最終硬化。

Sorom說：“這就是我們?yōu)楹文軌虻玫揭粋€具有表面光潔度和細(xì)節(jié)的產(chǎn)品，這也是我們?yōu)榭蛻艄?jié)省大量時間和成本的地方。我們采用3D打印生產(chǎn)這些模具的時間減少了70%，成本減少了50%。"

這些機(jī)器需要35萬美元這聽起來可能很貴，但對于制造工具的金屬加工廠來說，這與他們已經(jīng)使用的EDM和高端CNC設(shè)備大致相符。所以，一臺35萬美元的設(shè)備，可以將生產(chǎn)時間縮短70%，這絕對是一筆劃算的買賣，據(jù)了解，該公司的第一批生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)劃在2023年上半年交付。