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3D打印如何提升高标准、高附加值产品的模具制造能力?

2020.04.22

通过ESU毅速模具3D打印2020年第一季度所做案例显示,3C电子领域的案例增长迅速。在众多案例中,本期小编精选了其中一个看似不起眼却有着大门道的小物件——耳机收纳盒。

 

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图1:市面上某品牌蓝牙耳机

 

耳机这个看似简单的电子产品,价格却不菲,方便、快捷、高附加值等要求在这个快节奏的社会中需求不断增多。例如苹果的一个蓝牙耳机可以卖到千元之上且销量大好。苹果蓝牙耳机等其他品牌的同款产品皆由两部分构成:耳机及容纳盒,容纳盒还具备充电等功能。容纳盒长度和高度仅为4-5cm左右,宽度仅为2cm,且因为充电需求,蓝牙耳机收入容纳盒中必须尺寸精确才能确保电源接触良好,产品精致细小、制造标准却极为严苛。因此在模具制造中这类产品的模具结构虽然简单,但注塑成型却极难控制,特别是顶部翻盖部位。

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图2:容纳盒顶盖部位内部结构示意图

 

 

几类难点:

 

1、后模镶件有较多倒扣需用斜顶成型。

2、后模镶件无法通过普通机加工走水路。

3、后模镶件温度高,成型周期时间长,产品框口变形不稳定。

 

总体来说这类产品在传统模具制造中的难点处于两类:一,因结构限制普通机加工无法得到较好的冷却效果;二、模温不均衡导致框口易变形。而两类问题均可通过3D打印技术从而解决。

 

 

01 3D打印模具水路设计问题

 

产品结构上,因产品模具后模镶件内部存在较多的倒扣,且需用斜顶成型导致如果继续用普通机加工的方式是无法在模具中走水路的,一旦水路无法设计进去,模具没有水路系统轻则严重影响产品达到顶出温度时间,产品成型周期漫长,生产效率低下,重则直接影响到产品质量,3D打印因增材制造逐层累加的特性可以使得水路随着产品形状均匀分布,(如下图所示)从而缩短生产周期,提高生产效率。

 

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图3:容纳盒顶部3D打印随形水路示意图

 

 

因此由传统制模方式转化为3D打印模具制造在当下是非常有必要的。在设置好注射时间,冷却液温度,模具温度等工艺参数值后我们进行模流分析,根据数据显示(如图4所示):

 

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图4:达到顶出温度时间模流分析对比示意图

 

应用随形水路后产品达到顶出温度的时间约9S而之间采用普通水路的方式冷却时间约13S,对比而言,产品冷却速度提高近30%。因此通过数据的对比,3D打印随形水路设计问题迎刃而解,解决了水路问题自然其冷却时间减少生产速度大幅提高。

 

02 3D打印模温控制问题

 

模温主要是指在成型周期内模腔表面的温度,在模具设计及成形工程的条件设定上,重要的是不仅维持适当的温度,还要能让其均匀的分布。不均匀的模温分布,会导致不均匀的收缩和内应力,因而使成型口易发生变形和翘曲,从而影响其成型周期及成形品质。

其中影响模温均衡的一个重要因素便是水路分布均。传统制模中因容纳盒顶部翻盖内部结构及成型角度问题导致工件部分区域无法走水路,从而影响模温。如图5所示:

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图5:模具温度模流分析示意图

 

应用随形水路后模具温度大约为54℃,而之前采用普通水路的方式模具温度高达84℃,对比而言,模具温度降低近35%。因此通过数据的对比,通过3D打印技术可以对模具温度进行有效控制,从而达到模温均衡的目的,有效避免使注塑品产生缺陷,降低产品良率。

 

03 3D打印模具抛光性能

 

除产品质量外,产品打印成型后是否可以直接使用也是众多模具制造商最为关心的问题。刚刚3D打印完成的工件其表面是很粗糙的,一些特定需求的产品,例如我们今天所说的苹果蓝牙耳机容纳盒,因其产品的特殊性,且价值较高,表面质量及精度要求十分严苛。但ESU毅速打印出来的模具产品都会在原尺寸基础上预留0.8mm的余量,这样是为了方便您后期加工及处理,且抛光性能可达A1级别。

 

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图6:抛光性能示意图

 

04 3D打印模具原材料问题

 

另一个影响3D打印模具产品质量的便是原材料,ESU毅速吸取多年模具3D打印领域的实践经验,通过反复试验自主研发出EM181、EM191、EM201等专用于模具行业的3D打印原材料。蓝牙耳机容纳盒顶盖部位模具工件我们采用的就是EM191高强度粉末打印而成,除了保障工件的硬度强度之外,EM191还具备防锈、防腐蚀的效果,抛光性能也非常优越。

 

总之通过3D打印技术改良后的模流分析数据显示,生产效率提高近30%,模温下降35%,无论是生产效率,成型质量、还是后期精加工以及生产原材料方面,ESU毅速都做足了准备,解决客户的后顾之忧。虽然目前依然存在许多对3D打印技术发展后知后觉并持怀疑态度的模具制造商,但我认为至少在对注塑产品高要求、高附加值这类供应商必须跟上时代脚步,根据特定生产任务选择模具3D打印技术。

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