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250万元一台的注塑模具镶件金属3D打印机Mantle开始商

  2022年9月7日,南极熊获悉,Mantle公司推出一款价值35万美元(约250万人民币)的新设备,它可以3D打印用于注射成型塑料的模具镶件。

  塑料注塑成型是指在一定温度下,通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料,用高压射入模腔,经冷却固化后,得到成型品的方法。该工艺始于20世纪20年代,已有近百年的发展历史,是目前使用非常广泛、非常成熟的工业制造技术。

  但是制造这些钢模是极其精确的工作,需要很长时间(多年)才能成为一名工具制造者。另外,培养一名合格的工具制造者,除了需要足够的时间,还需要经验和相应的设计能力。

  还有一点,虽然注塑件可以快速制成数万个,但是制造这种工具需要花费数周的时间。对于那些小型模具公司而言,通常需要六到八周或更久。尤其在全球供应链中断期间,有的甚至可以达到12周以上。因此,Mantle抓住这个3D打印模具市场前景。

  但是,熊友们可能会问,为什么不直接3D打印这些模具呢?其实这里面涉及很多问题。这些工具需要非常耐磨、精确、耐温,而且表面处理需要近乎完美。目前,没有太多的3D打印技术能满足所有的要求,所以,这也是Mantle看好该领域的一个重要切入点。

  Mantle公司的首席执行官兼联合创始人Ted Sorom兴奋地回忆起公司的起源,他表示:我被介绍给我的联合创始人,他已经开始使用3D打印技术,来制造连接太阳能电池板的导线。从那时起,他开始尝试打印实物,而我对创办一家珠宝公司并不感兴趣。大约一个半月后,他在非常便宜的设备上打印出了低碳钢,在当时,还没有其他人能做到这一点。所以,早在2015年,我就加入了他,并将技术推向市场。在过去的六年里,我们一直闷头开发。”

  当两人开始用低碳钢打印时,Sorom立即意识到,会有一个非常重要的大市场可以使用这项技术。

  他们不是用3D打印机来小批量打印零件或原型零件,而是用3D打印机来制造对大规模制造过程至关重要的零件(例如模具),无论是冲压模具还是注射成型工具。两者都需要极其精确的表面光洁度和耐用性。

  Sorom解释:“工具领域的表面光洁度、公差和材料耐久性要求是极其苛刻的,这些工具被用于数百万次的循环,以实现大规模重复生产。因此,我们已经创造了一种技术,可创造最终零件的嵌件。我们今天打印的材料类似于P20工具钢,我们称之为P2x。另一种是H13钢。”

  P20和H13,这是两种常用的注射成型材料,它们具有极强的耐用性,对于模具来说可以使用数十万次,甚至数百万次。

  该公司开发出一种FDM工艺,打印过程类似于MakerBot等公司的长丝打印机,采用一种膏状材料,使用的是混有金属粉末材料的液体。在打印完一层后,通过干燥过程去除液体成分,从而形成了一个密集的金属粉末体。10层左右后,该过程会使用高速切割工具(很像数控铣床)来切割少量的材料,从而形成所需的表面光洁度和公差。每隔10层左右重复一次。

  Sorom解释道:“在这个过程的最后,由金属粉末组成的构建体,被密密麻麻地粘合剂固定在一起。再把它放进一个炉子里,将它浓缩成一个固体金属零件。也就是说总共分为两步。第一步在机器上打印和成型,第二步在炉子里烧结零件。”

  打印一部分之后,就使用集成在机床身上的高速铣刀头进一步成型。这一步可以提高了部件的尺寸精度,同时获得高质量的表面效果。

  最后,零件在熔炉中烧结,使聚合物从金属颗粒中脱出,并将金属烧结成一个致密的固体部件。

  这样做的好处是,数控机床在获得高精度零件方面非常出色,但难点是,工具钢非常坚硬,数控机床的切割工具切割过程非常缓慢。所以,通过在烧结前对零件进行整形,该公司得到了两方面的好处:得以再更软的材料上进行精密整形,然后 烘烤 零件实现最终硬化。

  Sorom说:“这就是我们为何能够得到一个具有表面光洁度和细节的产品,这也是我们为客户节省大量时间和成本的地方。我们采用3D打印生产这些模具的时间减少了70%,成本减少了50%。

  这些机器需要35万美元这听起来可能很贵,但对于制造工具的金属加工厂来说,这与他们已经使用的EDM和高端CNC设备大致相符。所以,一台35万美元的设备,可以将生产时间缩短70%,这绝对是一笔划算的买卖,据了解,该公司的第一批生产系统计划在2023年上半年交付。

  △该视频解释了Mantle的TrueShape工艺,如何制造高精密和表面光洁度的零件

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