Mantle創(chuàng)新金屬3D打印技術革新工模具行業(yè)，大幅縮短制造時間

2023年2月9日，南極熊獲悉，初創(chuàng)公司Mantle開發(fā)了一種能對當今制造業(yè)造成沖擊的3D打印新方法。他們不是 直接3D 打印數百萬個零件，而是先 3D 打印工具，然后制造出數百萬個零件。在加利福尼亞州阿納海姆舉行的醫(yī)療器械與制造西部會議上，Mantle 展示了兩個新客戶，他們采用了金屬 3D 打印工藝來減少注塑成型操作的時間和勞動力。

△Mantle 3D打印機

總部位于威斯康星州的Nicolet Plastics正在使用 Mantle 的技術來 3D 打印鋼制模具，作為全方位塑料注塑成型服務的一部分。Nicolet 的客戶中有一家名為Gamber-Johnson的企業(yè)，生產模制樣品的時間大幅減少。通過3D打印三個完成度達到95%且僅需少量精加工的嵌件，能夠將工具制造時間從180小時縮短至僅12.5小時。讓Nicolet能夠在兩周內交付樣品，而原來是六周。

△Nicolet的 3D 打印插件

Nicolet Plastics 的Eric Derner 說：“我們打印了嵌件，并且在這里和那里做了一些最終裝配，我們能夠放入打印機并相對快速地開始成型零件。我們只需要大約 10 個小時的二次操作和最后的裝配工作。此前，我們的工具制造商還有點悲觀，但當我詢問一切進展如何時，他顯得非常高興。”

△Gamber-Johnson的模制零件。圖片由 Mantle 提供。

另一家提供全方位服務的注塑成型商Westec Plastics Corporation依靠這項技術來提高模具加工能力，而無需雇用既難找又成本高的模具制造商。通過 3D 打印 75-95% 完整的H13 工具鋼刀片，公司現有的工具制造人員可以專注于更重要的任務，如工具維修和保養(yǎng)。此外，據說 Westec 將模具成本降低了一半，因為生產嵌件的有效操作時間從 40 小時減少到 10 小時。  

Westec Plastics Corporation 總裁 Tammy Barras 說：“工具是我們公司的基礎，沒有高質量的工具，我們就無法生產高質量的零件，但是越來越難找到高質量的工具制造商。使用 Mantle 的技術，我們可以完成高達 70% 的工作，并讓我們的工具制造商處理只有人工才能完成的專門步驟。因此，我們需要利用這項新技術。通過 Mantle，我們可以為客戶提供他們在其他任何地方都無法獲得的服務?！?/div>

參加 MD&M West 活動的人可以在 Mantle 的展位#3995 看到案例研究。此外，您有可能很快就會在雜貨店看到這樣一些。例如，一家主要但未透露姓名的除臭劑制造商依靠使用 Mantle 制作的模具來批量生產除臭劑棒的加捻部件。盡管 Mantle 可能相對較新，但它已經以成熟公司數十年才能完成的方式對一般行業(yè)產生影響。

3D 打印可能并不適合所有注塑機，但是，對于任何需要內部工具制造的人來說，它確實是一個理想的工具。Mantle 營銷總監(jiān) Ethan Rejto 表示，增材制造不一定適合從國內或海外供應商處購買工具的注塑商，因為工具在打印后需要幾個小時的后處理。那些購買工具但在內部進行工具維修的人可能希望將工具制造帶到現場，因此Mantle的出現可能非常適合。增材制造不一定適合從國內或海外供應商處購買工具的注塑商，因為工具在打印后需要幾個小時的潤色。那些購買工具但在內部進行工具維修的人可能希望將工具制造帶到現場，因此Mantle的技術可能非常適合。

Rejto 說：“擁有完整的內部工具制造能力（即能夠構建完整的注塑模具/工具）的模塑商非常適合選擇Mantle。大多數仍然進行一些外包，但將提高內部工具制造能力視為戰(zhàn)略優(yōu)勢，因此正在努力將更多的工具制造引入內部。然而，他們根本無法聘請工具制造商來做這件事，而 Mantle 恰好可以幫助他們解決問題?！?/div>

盡管這些公司可以轉向傳統(tǒng)的金屬 3D 打印技術來生產模具，如激光粉末床熔合 (PBF)技術，甚至是一些聚合物技術，但 Mantle 的上市重點是工具制造。其設備的價格明顯低于航空航天公司使用的高端 PBF機器，而且也沒有那么復雜。通過瞄準這一細分市場，Mantle 正試圖從一個相對被忽視的制造業(yè)領域中獲利，該領域對后工業(yè)社會至關重要，價值在 450 億美元左右。

SmarTech Analysis 發(fā)布的《2020-2029年通用工業(yè)和模具行業(yè)增材制造市場機遇》報告中并未涵蓋 Mantle作為一家新創(chuàng)公司（報告鏈接：https://www.smartechanalysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/）。然而，毫無疑問，它將在通用工業(yè)和工具市場的增材制造中發(fā)揮越來越大的作用，預計到 2029 年總收入將達到 54.8 億美元。

技術介紹
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，經冷卻固化后，得到成型品的方法。該工藝始于20世紀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。

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，還需要經驗和相應的設計能力。

還有一點，雖然注塑件可以快速制成數萬個，但是制造這種工具需要花費數周的時間。對于那些小型模具公司而言，通常需要六到八周或更久。尤其在全球供應鏈中斷期間，有的甚至可以達到12周以上。因此，Mantle抓住這個3D打印模具市場前景。

△TrueShape技術可生產滿足工具制造商苛刻要求的精密部件

混合TrueShape技術的工藝流程包括：打印、銑削、燒結。

△TrueShape 3D打印工藝流程

如果更加細致的介紹，混合型TrueShape工藝可以分解為三個關鍵階段：首先是打印，系統(tǒng)使用一種專用的可流動金屬漿料3D打印出 "粗略的零件幾何形狀"。值得一提的是，每打印完一層，打印機會對該層進行一次加熱烘烤。

△混合TrueShape技術原理視頻

與Markforged或Desktop Metal FFF 3D打印機使用的線材很相似，可流動金屬漿料在聚合物基體中加入了金屬顆粒。目前提供的漿料有兩種，包括：P2X，一種P20模具鋼類金屬，具有更好的耐腐蝕性和耐磨性。H13則是一種標準的H13模具鋼，可硬化至至少50洛氏C。

打印一部分之后，就使用集成在機床身上的高速銑刀頭進一步成型。這一步可以提高了部件的尺寸精度，同時獲得高質量的表面效果。

△銑削過程

最后，零件在熔爐中燒結，使聚合物從金屬顆粒中脫出，并將金屬燒結成一個致密的固體部件。

△脫脂燒結過程

△最終成品金屬件

在擺脫隱身模式之前，Mantle的技術已經被一家不知名的全球家電制造商用于3D打印一種特殊的工具插件，實現了超過20萬個洗衣機零件的成型。現在，使用Mantle的3D打印工具已經生產了超過100萬個最終使用的零件。