模具制造技术试题3答案(模具制造商如何使用 Form3L 3D 打印实现小批量生产)
Rigid10K树脂材料应用案例
自2001年加入世贸组织(WTO)以来，中国迅速成为全球制造业产出最高的国家。这种制造能力主要源自珠三角地区，包括以深圳为代表的广东省南部的九座城市。2020年，该地区贸易值约占中国总贸易值的三分之一。
在这种迅猛发展的推动之下，很多小生产车间都发展成了跨国公司。Multiplus（迪嘉机械有限公司）于2005年始建于深圳，已从最初的一家很小的注塑成型车间迅速发展成一家大型解决方案提供商，其业务范围涵盖大小尺寸塑料产品从设计到制造的整个生产周期，可提供单一注塑和多色多物料注塑（两种或两种以上的颜色或材料同时注入到一个模具中）。如今，Multiplus每年为250多家客户提供服务，包括一些《财富》世界500强企业。
其中的一些客户有小批量生产要求，但采用传统的注塑成型工艺通常会因硬模具的制造复杂性导致既昂贵又耗时。而Multiplus利用3D打印注塑成型模具将大约100件的小批量注塑成型部件的周转时间从四周缩减为三天。
小批量生产需求不断提高
大多数情况下，注塑成型所用的模具都是由钢或铝等金属材料制成。但对于小批量生产来说，制作金属模具既昂贵又耗时，成本非常高。
“虽然小批量生产并不是我们现在的主要业务，但相关需求已经越来越多。一些客户希望将其用于设计和功能验证，但更多是希望生产直接使用的成品。越来越多的公司都想试水这一市场领域，这就使小批量生产变得意义重大，”MultiplusCEOKevinLi表示。
几年前，Multiplus采用了3D打印技术，购买了多台3D打印机，主要用来以不同材料打印通信模型和部件，进行设计验证。随着小批量生产需求的涌现，Multiplus将目标转向3D打印，对不同的材料进行探索，力求找到一种具有成本效益的方法来生产适合小批量订单的价格更低的塑料模具。与加工铝模具相比，利用Formlabs3D打印机制造小批量注塑成型模具可以节省成本、劳动力和时间，并能与公司现有的Babyplast工业级注塑成型机无缝搭配使用。
Multiplus对多种材料进行了测试，其中包括FormlabsRigid10KResin，它是一种玻璃填充树脂，非常坚硬、坚固并且耐热、耐化学腐蚀，符合注塑模具所需要的性能。此外，使用Form3SLA3D打印机以Rigid10KResin为材料打印的部件具有光滑的哑光表面，从而使注塑成型件的表面洁净光滑。
与金属模具外壳组装在一起的Rigid10K模芯。
“在注塑成型工艺中，能够承受反复的压力和加热冷却的3D打印材料并不多见。根据我们的经验，即便使用声称能耐受高温的材料，打印出来的模具也许能承受10-20个注塑循环，但之后很快就会断裂，或者由于质量变差导致成品部件不合人意。而我们使用Rigid10K模具生产的首批100个部件毫无问题。”
Multiplus注塑成型部经理
LinWei
使用Rigid10K材料刚刚注塑成型的ABS控制箱外壳。
履约时间从四周缩减为一周
Multiplus对ABS、PP、PC+ABS和PC材料的注塑成型部件进行了测试。在设计好模具之后，他们用一天的时间打印模具及进行后处理，在装配车间用差不多半小时的时间组装模具，然后开始在注塑成型机上进行注塑成型。注塑成型开始后，每个部件大约需要3分钟时间彻底完成。Multiplus将每个模具限定为大约进行100次注塑，如果是较大批量的订单则打印多个模具。
Multiplus的生产车间有多台3D打印机和注塑成型机，只用3天的时间就能交付数百个工件，而采用CNC加工的金属模具进行注塑成型则需要3-4周，相比之下，周转时间明显缩短。
注塑成型100个部件
SLA3D打印模具
CNC加工的模具
周转时间
3-5天
3-4周
“将Form3引入生产车间后，我们模具制造流程的敏捷性得到明显
提高，而Rigid10KResin是我们迄今用过的在注塑成型方面性
能最佳的树脂之一。现在，我们能够以更快的速度满足客户要求。”
MultiplusCEO
KevinLi
成型条件和结果
Multiplus在各种压力、温度和材料条件下将其3D打印注塑模具与一台Babyplast10/12标准注塑机搭配使用。用于测试的部件是家用电器的控制箱外壳，其中包含少量小的细节特征。
通过这些测试我们发现，在180°C温度下注入的PP塑料相当容易处理。Multiplus获得了品质优良且表面光滑的注塑件。打印模具进行了100次注塑，状况依然良好。同样，在220°C温度下处理的ABS模具注塑60次后依然完好无损。由于生产计划时间紧迫，Multiplus并未持续测试模具直至损坏，但预计采用PP、ABS和PC-ABS时每个模具可以迭代注塑100次以上。
在260°C温度下使用PC进行注塑试验，仅迭代注塑4次后模具即会断裂。这说明，使用Rigid10K3D打印模具难以加工250°C以上的高粘性塑料，特别是对于这种薄壁几何形状。HighTempResin的热变形温度更高，夹紧压力和注塑压力不太高时，可以考虑该种材料。
材料
PP
ABS
PC-ABS
PC
注塑温度（喷嘴）
180℃
220℃
240℃
260℃
注塑体积
36cc
39cc
37cc
40cc
冷却时间
80秒
60秒
50秒
90秒
注塑压力
60巴
95巴
95巴
110巴
保压压力
35巴
30巴
25巴
80巴
保压时间
0秒
1.5秒
1秒
2.5秒
循环次数
100+
60+
60+
4
使用Form3以Rigid10K为材料打印的注塑模具可生产100个以上部件。
利用3D打印模具实现小批量注塑成型
Multiplus将3D打印与注塑成型工作流程无缝整合后，实现了业务增长、增强了任务承接能力、提高了竞争力，同时还降低了成本、缩短了周转时间、帮助客户提高了上市产品质量。
材料活动:
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