3D列印作為注塑模具製作方法的研究

注塑成型是3D列印正在努力取代的更傳統的製造技術之一——至少在某些應用中是這樣，但3D列印可能永遠不會完全取代它，而是與它一起作為補充技術使用。例如，3D列印已經顯示出它對注塑成型的價值，因為它是一種更便宜、更快捷的工具製造方法。在題為《Tooling for Injection Molding Using Laser-Powder Bed Fusion（使用激光粉末床融合的注塑成型工具）》的論文中，路易斯維爾大學的一位名叫Mohith Ram Buxani的學生仔細研究了使用3D列印來創建注塑成型工具。

注塑行業一直遭受高成本和長工具製造周期的困擾。3D列印是創建工具的另一種方法，可以節省時間和金錢。

「有各種研究接近3D列印路線以製造用於注射成型的工具。」Buxani說，「此外，還有一些研究涉及使用模擬來評估零件設計。然而，有最低限度的研究發現將這些觀點結合在一起並評估了L-PBF（激光 - 粉末床熔合）製造模具的性能。因此，本研究承擔了將每個行業的個人專業知識整合在一起以創建供應鏈協作的挑戰。」

Buxani的研究小組使用各種材料和機器3D列印多種注塑成型工具，這些材料和機器具有良好的機械性能。該研究的重點是使用實驗和模擬評估L-PBF製造的模具，檢查幾個類別：後加工、零件設計、材料設計和保形冷卻通道。該研究的第一部分使用注塑成型實驗和計算機輔助模擬來了解單面L-PBF製造的模腔對注塑成型部件質量和成型材料成分的影響。該研究的下一部分使用實驗和模擬來評估L-PBF製造的具有保形冷卻通道的核心和腔體工具。

在研究的第一部分中，選擇橢圓形鑰匙鏈形式的模腔。使用17-4 PH不鏽鋼對模具進行3D列印。使用物理注塑工藝和計算機模擬進行試驗，使用印刷模具的一個版本，以及已經加工的模具，使用機加工模具大大改善了注塑件。實驗還得出結論，具有薄壁的部件傾向於更快地冷卻並且在凹痕和翹曲方面實現更好的部件質量。在計算機輔助模擬中可以準確地預測凹痕和翹曲的位置，但是它們的大小沒有得到很好的描述。

另一個結論是3D列印模具可以比傳統製造的模具更快地識別零件設計，聚合物材料成分和模擬方法的改進。

在第二組實驗中，將共形冷卻通道3D列印到工具中。

「在傳統製造中，傳統的冷卻通道是內置於注塑模具插件中的直孔通道，以減少冷卻時間並提高零件質量的溫度均勻性，」Buxani表示。「然而，傳統製造中的設計限制並不總是允許傳統的冷卻通道均勻地冷卻複雜的部件。」

增材製造使得能夠生產具有共形冷卻通道的模具嵌件，冷卻通道是遵循零件幾何形狀的冷卻通道孔，以更加均勻的方式冷卻零件。研究團隊3D列印了兩個腔側模具，在不同深度處具有共形冷卻通道：8 mm和4 mm。使用實驗和模具填充模擬評估這些模具。模擬表明，共形冷卻通道設計影響了零件的表面溫度分布。然而，模擬表明在最厚區域的中心溫度下共形冷卻通道沒有減輕。對於這些特定的模具設計，在部件質量或冷卻方面沒有明顯差異，並且採用了共形冷卻通道，其他設計仍需要進行測試。

來源：3D列印商情

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