中空模具！3D打印開(kāi)辟模具設(shè)計(jì)與制造的新途徑

金屬3D打印最有效的應(yīng)用領(lǐng)域在哪里？毫無(wú)疑問(wèn)，注塑模具是一大應(yīng)用領(lǐng)域。雖然我們的想象力仍然制約著這項(xiàng)技術(shù)潛力的發(fā)揮，然而，驚喜還是不斷出現(xiàn)，而且最好的應(yīng)用往往是那些無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)加工方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。

位于美國(guó)密歇根的PTI馬科姆工程塑料專注于生產(chǎn)注塑成型的塑料零件，他們?yōu)槠囍圃焐毯歪t(yī)療設(shè)備制造商提供注塑成型服務(wù)以幫助解決這些制造商面對(duì)的挑戰(zhàn)。然而也就是在最近，PTI才意識(shí)到金屬3D打印在注塑模具成型領(lǐng)域有更多的潛力可以挖掘。

PTI的注塑車間

一年多以來(lái)，PTI嘗試通過(guò)增材制造來(lái)加工隨形冷卻的注塑模具。也就是說(shuō)，通過(guò)粉末床3D打印技術(shù)來(lái)加工內(nèi)部含彎曲冷卻通道的模具，從而取代傳統(tǒng)的鉆孔方式實(shí)現(xiàn)模具在注塑過(guò)程中的快速冷卻，結(jié)果是提高了模具的冷卻效果和速度。這方面，不僅國(guó)外，國(guó)內(nèi)包括上海悅?cè)疬@樣的企業(yè)在3D打印隨形冷卻模具方面積累了多年的經(jīng)驗(yàn)。

原來(lái)的模具設(shè)計(jì)（左）與現(xiàn)在的中空模具設(shè)計(jì)（右）

不過(guò)，針對(duì)于注塑產(chǎn)品，PTI進(jìn)行了更加大膽想象：能不能舍棄內(nèi)部的通道，而采取中空模具呢？因?yàn)?D打印中空模具會(huì)更加快速，更便宜?？梢钥隙ǖ氖?，中空模具至少聽(tīng)上去是不可思議的。因?yàn)橹锌站鸵馕吨亓亢茌p，然而由于模具需要承受注射成型的高壓力，所以傳統(tǒng)的模具都是結(jié)實(shí)且沉重的。

PTI所制造的這個(gè)模具是用于醫(yī)療行業(yè)的，模具有7英寸高，通過(guò)仿真數(shù)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，這種薄壁的空心模具可以提供注塑所需的強(qiáng)度，PTI于是決定通過(guò)3D打印來(lái)制造工具鋼材料的空心模具。

PTI中空模具與注塑成型產(chǎn)品

模具制造完成后就進(jìn)入了注塑環(huán)節(jié)。雖然PTI工程師已經(jīng)做好了空心模具在高壓的注塑條件下會(huì)發(fā)生裂紋現(xiàn)象的心理準(zhǔn)備，但幸運(yùn)的是，模具并沒(méi)有產(chǎn)生裂紋，反而工作得很好 — 這與之前模擬的結(jié)果十分符合。即使在最初的測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，中空模具仍然有效地工作，這足以證明這種想法是有前途的。不僅如此，注塑的時(shí)間也從原來(lái)的46.5秒縮短到了現(xiàn)在的41.5秒。

但如果只因此就認(rèn)為空心模具的應(yīng)用空間巨大還是太草率了。它還需要在不同形狀、尺寸、和壁厚的情況下進(jìn)行更多的測(cè)試。不過(guò)，無(wú)論是隨形冷卻模具還是中空模具，可以肯定的是，3D打印在注塑模具領(lǐng)域的價(jià)值必將越來(lái)越大。

另外值得一提的是，這種空心模具在注塑過(guò)程中所用到的冷卻介質(zhì)與之前有所不同，不是水而是液體二氧化碳。這是因?yàn)檫@種物質(zhì)的冷卻均勻性更好。而所采用的便攜式可編程的二氧化碳輸送系統(tǒng)是由林德工業(yè)氣體提供的。

來(lái)源：3D科學(xué)谷