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为什么3D打印不能取代塑料注射成型?
日期:2015/9/12 14:23:48
以“注塑·创新·趋势”为主题的2015中国注塑产业大会于7月24日——25日在苏州举行。这是注塑行业的顶级盛会,云集了约400名业内顶尖专家及制品、设备、模具、原料企业参会。作为协办单位的北京化工大学,为盛会开响了第一炮。北京化工大学的杨卫民教授专业的与大家分享了塑料注塑成型与3D打印技术创新研究进展。
为什么3D打印不能取代塑料注射成型?
1. 塑料注射成型
高分子材料(塑料、橡胶、纤维)及其复合材料,在现代制造业各大领域应用日益广泛。高分子材料的加工成型与传统金属材料不同:金属以切削成形为主,高分子以模塑成型为主。
1.1 高分子材料加工成型的核心问题:精度如何保障?
精密塑料制品是指具有严格的尺寸与形位公差和表面质量精度要求的高端制品。汽车仪表盘、液晶屏导光板、医疗等塑料零部件由于具有复杂的几何结构,必须采成型用精密注射。
塑料加工成型过程中的比容积V、压力P和温度T之间的PVT特性关系,是模塑成型制品精度控制的科学基础。首先,模腔尺寸与制品尺寸之差要由 PVT关系确定;其次,充模成型过程中压力P和温度T的变化都会引起制品比容积V的变化;因此,只有准确掌握材料的PVT三者之间的函数关系,才能有效地设定和控制成型工艺参数,以获得满足精度要求的制品。
1.2 怎么获得准确的PVT参数呢?
北京化工大学发明了一种高分子材料PVT关系在线测试仪,专利号:ZL200810227241.4。这种PVT在线测试方法和装置,在测量原理和方法上创新采用薄壁锥桶形试样取代圆柱体形试样。与国外技术相比,具有两大明显优势:①反映比容积变化的位移量被放大20倍;②温度和压力变化响应快、分布均匀。
1.3 塑料精密成型工艺新技术:可视化
过去塑料成型属于暗箱操作,通过仿真模拟成型过程,但是仿真结果与实际结果相差较大。现在采用潜望式光反射成像模具,利用超高速摄像机剖析瞬间充填行为以及可视化光源,创建模塑成型可视化试验台,观测偏振光分析成型过程的应力变化。研究者可以清楚的看到成型过程的具体变化情况,研究转为明箱操作。可视化的新技术将大大推动塑料成型技术的发展。
对于均匀壁厚矩形侧向特征结构腔熔体充填规律的研究就可以采用可视化的新技术研究方法。实验制品整体厚度为3mm,在矩形长边一侧附带厚度仅为 1mm的小型矩形结构。可视化结果表明,采用双浇口形式造成明显的熔接痕缺陷。由于侧向特征结构的存在,由靠近侧向特征位置的浇口进入型腔的熔体在遇到小矩形结构时,熔体前锋局部流动速度降低,使前锋充填形状由正常的涌泉扩散流动变得不再对称。于是,两股料流汇合时熔接线与熔体充填方向呈现夹角情形,夹角大小随注塑成型工艺参数的调整而发生变化。
对于壁厚不均匀矩形型腔熔体充填规律的可视化研究,结果表明,对于两边厚中间薄的制品结构特点,熔体流经中间位置时流动阻力较大,出现明显迟滞现象。在熔体到达型腔末端时,由于熔体迟滞流动形成的两股料流最后相遇形成熔接痕缺陷。而由于熔体从浇口出来即进入薄壁区域,浇口尺寸与制品型腔薄厚尺寸相差无几,同时熔体进入型腔后阻力增大,使得充填过程不容易产生喷射现象。
2. 3D打印技术
3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印在医疗、汽车、蜡像馆、珠宝、鞋类设计等行业应用广泛。
3 为什么3D打印不能取代塑料注射成型?
3D打印是未来发展的一个趋势,那么,为什么3D打印不能取代塑料注射成型?
对于塑料注塑成型,流道部分占物件总体积90%,一般用于大批量的简单制品,生产效率高。但是,3D打印是采用逐层打印的方式构造物体,加工难度较大,成型效率较低,一般用于精细制品的制作。另外,工业级3D打印机精度高,但是对粉末或者溶液要求非常高,且耗材极其昂贵。因此,从材料和时间、成本来看,3D打印只是一种新的成型技术,但是不可能取代塑料注塑成型。
在3D打印机上制作出来的注塑模具可取代用于短期产品和原型件。3D打印模具被用于生产原型件时,有助于找出设计问题,避免耗费大量资金制作设计不完善的铝制或钢制模具。
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