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模具制造中3D打印技术的运用

发布时间:2018-06-22 08:11:28 文章来源:未来智讯    
    关键词:3D打印技术;模具制造;应用
    3D打印技术兴起于20世纪末,也被称为增材制造,是快速成型技术的分支。在近几年,3D打印走进了普通大众的视线,引起了人们的广泛关注,并在多个领域蔓延。而模具制造是工业的基础,模具行业在国民经济中有重要地位,模具行业的发展水平可以影射出国家的制造水平。3D打印技术在模具行业的应用程度不断加深和拓展,在我国也有强劲的发展势头。
    13D打印技术工作原理及优势
    3D打印技术,即“增材制造”。是一种以计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和数控成型系统,采用逐层叠加的制造方式将材料紧密组合在一起的工艺。主要的3D打印技术有热熔堆积成型、光固化成型、三维粉末粘接成型、选择性激光烧结成型等。
    1.13D技术的原理
    根据3D打印技术目前的发展程度,常见的3D打印技术包括了光固化成型(SLA)、三维粉末黏结(3DP)、熔融沉积快速成型(FDM)等三种。以上技术种类与以往的喷墨打印机工作原理较为相似,但使用的材料不同。喷墨打印机喷出的是墨水,而3D打印机喷出的是蜡、黏结剂、树脂等材料。
    光固化成型(SLA)利用的材料是光源照射热敏性或者激光性材料,一层一层扫描后照射固化,以此获得目标产品。SLA技术的研究最为深入,其发展也最为成熟,比较适合应用在精度较高和结构复杂的元件打印中。
    三维粉末黏结原理是先在工作的平面上铺设上一层粉末性材料(塑料粉末、金属粉末、陶瓷粉末等),黏合剂通过喷嘴喷射到工作面待成型区,等待成型区的粉末材料黏结,就会形成目标产品的截面形状,最终打印出目标产品。
    熔融沉积快速沉积,即熔丝沉积,是将丝状性的热熔材料进行熔化处理,喷嘴将熔化后的热熔材料喷出,沉积在事先固化好的材料上,此步骤循环进行,经过材料的层层堆积,最终形成目标产品。熔丝沉积方法是3D打印技术中应用最多的技术,其制造成本低,方法简单易懂。
    1.23D打印技术优势
    随着科学技术水平的显著提升,模具制造行业在发展的过程中,逐步将3D打印技术运用到了模具制造之中。并且直接运用到了成型、铸模、机械加工、装配和检验、机器人末端执行器等环节之中,拥有着极大的优势。
    1.2.1缩短模具生产周期方面的时间
    3D打印可以将计算机中的三维设计转化为实物模型,并
    且拥有着极高的效率,自动、快速、直接和精确是3D打印技术最主要的特点,对于模具生产周期方面的时间能够进行相应的缩短。利用这种技术进行模具制造,可以在几个小时的时间之内就能将相关的模具制造完成,实现模具从平面图到实体的飞跃。由于传统的模具制造需要投入大量的资金才能够保证模具经过制造后的质量,因此模具制造中,必须严格讨论设计方案,如果出现质量问题,为了减少损失,选择推迟或放弃产品的设计更新。但是如果使用3D打印技术进行模具的制造,有利于促进企业的更新换代,促进企业发展。
    1.2.2降低制造成本
    虽然利用3D打印技术进行金属方面的制造工作需要投入更高的成本,但是在塑料制品方面,在资金投入方面却相对比较低廉。部分材料其本身拥有着极高的成本,使用这种材料进行传统的方式模具材料的制造的话,要是出现了哪怕小小的一点失误,都会导致材料的报废。因此,利用价格比较昂贵的材料进行模具制造,会产生比较高的报废率,得不偿失。但是如果使用用3D打印技术进行模具的制造的话,3D打印的灵活性就能够帮助工程师同时尝试无数次的迭代,并可以在一定程度上减少因模具设计修改引起的前期成本,对于模具的生产有着极大的帮助,有利于促进制造成本的进一步降低。
    1.2.3为产品的发展提供更多的可能性
    由于3D打印技术的使用,从而能够直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品,因此有利于减少刀具、夹具、机床或任何模具的使用率。随着我国技术水平的不断提升,我国在进行模具制造的过程中,随着材料种类的任意增多,在功能方面也从传统均质材料到非均质材料,有利于促进我国的3D打印技术朝着多元化的方向发展,有利于促进我国3D打印技术水平的不断提升,从而更好地为我国的发展提供一定的帮助。
    2我国模具制造技术的现状
    我国3D打印技术发展前,通过传统的制造方式进行模具的制作。但是在实际发展中,模具制造行业的总体技术水平不高,并且与国外发达国家相比,仍然有较大差距,对于我国模具制造技术的发展,有着一定的阻碍。由于材料限制素,从我国模具经过制造后用寿命低下。上世纪七八十年代,由于改革开放的影响,研制出了大量的模具钢。但是由于技术的限制,导致这些模具在进行生产之后,出现了较高的淘汰率,真正能够使用的模具在数量和寿命方面及其低下。随着时间的发展,我国相关的技术有了一定的进步,但相对于国外技术来说,依旧存在着诸多问题,影响模具制造技术的发展。我国模具制造技术在发展中,还受到了生产周期过长和新材料推广宣传力度不够的影响。模具钢基本上是从20世纪50年代初沿用下来的老式钢材,到了现在已经有了60多年的历史发展。但是新材料推广宣传力度不够,只能使用常见的几种钢进行制造,无法提升技术水平。
    33D打印技术在模具制造中的应用
    传统的模具制造是利用CAD软件进行模流分析、软件修正,及确定进料点和分型线等,所设计出来的零部件、元件进行组装调试,整个流程费时费力,生产周期偏长,并且不能存在任何缺陷,否则会造成巨大损失。3D打印技术用逆向工程的思维来转换传统模具的生产加工方式,因其在形状和结构精度较高的产品中的特有优势,可以有效解决加工过程中母模问题,减少了传统模具制造中的设计环节,使得产品的更新换代时间更短。模具行业中的传统生产方法也可以与该技术相结合,发挥各自的优势,3D技术在模具制作中的应用会有更重要的作用。
    通常情况下,
    3D打印技术的打印程序可以分为三步。第一步,3D建模。利用3D建模软件,如UG、Pro/E等将产品三维参数模型确定下来,这需要保证模型的尺寸、形状等精度,模型的质量可以决定后期目标产品的打印质量。第二步,模型分层。打印机里有自动分层软件,可以将3D模型沿着工作面分层,每一层有产品的二维信息数据。通常情况下,分的层数越多,打印产品的质量和精度越高,但其打印的速度也会相应地放慢,进而降低了生产效率。第三步,打印。打印机的读取程序可以自动识别出分层内的二维信息数据,将粉末材料等黏合起来,通过层层堆积,最后形成目标产品。
    结语:
    随着我国技术水平的显著提升,我国3D打印技术也会随着时代的发展而快速进步,有利于促进我国模具制造行业的进一步发展。因此,3D打印技术在模具设计与模具制造领域具有广阔的应用前景。
    参考文献:
    [1].3D打印给模具制造带来的“危”与“机”[J].模具工业,2015,41(11):4.
    [2]李建美.工业设计下模具制造与3D打印的对比分析[J].科技与创新,2015(08):99.
    [3]秦培凡,苏贺,李慧芸.3D打印在容器模具制造领域的应用[J].科技创新与应用,2015(08):41.
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