注塑冷卻時間縮短50%!毅速3D打印在醫療模具中的應用

作者: 上海毅速激光科技有限公司 發布時間: 2020-08-31

近些年來,3D打印技術發展十分活躍,小易也關注到各行業正在積極尋求新的方式突破傳統行業給企業發展帶來的桎梏,例如:醫療、汽車、家電等,但作為工業之母,模具領域對這一技術的響應卻是較積極的。增材制造技術是指基于離散-堆積原理,由零件三維數據驅動直接制造零件的科學技術體系。在傳統制模方式下難以解決產品更新迭代留下的難題,而3D打印技術卻能很好的解決這一痛點。

疫情之后,小易注意到了坐落于上海金山的一家科技公司以肩負開啟制造新時代為使命從而悄然崛起。毅速激光創始人及技術骨干都是從事模具行業出身,對于傳統模具制造的困境深有體會,因此隨著增材制造技術的出現及發展,他們堅信開啟模具制造的新時代的機遇要來臨了。于是2007年上海毅速激光科技有限公司正式成立了,2014年開始進入模具3D打印領域,其核心團隊是較早一批將3D打印技術應用在注塑模具上的工程技術人員,現今已成功打印數千個應用案例,擁有豐富的行業經驗,已申請了16項專利技術,其中5項發明專利。

傳統制模方式痛點,如何解決?

與傳統制造不同,增材制造技術可根據零件三維模型快速制造復雜的幾何形狀零件,無需切削加工,是一種“自下而上”逐層遞增的制造方法。這種自下而上的加工方法脫離了傳統制造的束縛,且設計自由度大,可以實現批量與個性化定制,能夠滿足復雜模具的設計和制備需求。

注塑產品的成型速度與產品良率的關鍵點在于模具水路系統。傳統制模中,冷卻水路一般通過CNC加工方式,冷卻水路只能通過銑床鉆孔的方式加工產生內部水路網絡,并通過內置止水栓和外置堵頭的方式來調整水路流向。這樣就導致水路布置有很大的局限性,水路只能為圓柱形直孔,無法百轉環繞于模具內腔之中。當遇見形狀復雜的模具產品時,傳統水路無法完全貼近注塑件表面,例如:較容易產生產品缺陷的瓶蓋頂部區域無法設計水路,這樣一來冷卻效率低且冷卻不均勻,導致注塑周期長、產品變形量大。我們以以ESU某客戶產品為例:

圖1:醫用旋鈕3D模型圖示意圖

如圖1所示:產品為醫用旋鈕,一般用于醫療注塑瓶口或其它部位零件。得到客戶需求:縮短冷卻周期,均衡模溫,提高產品質量。

客戶痛點:

1、尺寸細小:長寬僅約1~2CM。

2、結構特殊:中間存在較厚的深筋條,且產品左右側有深孔位。

3、壁厚差異明顯。

因此:產品結構及外形尺寸決定了傳統制模中水路設計存在很大的困難。在這之前客戶的水路方案如下:

圖2:傳統水路3D模型圖

我們看到:傳統制模方式水路無法靠近產品,只能通過鑲件的方式,在模具上下部位設計水路,通過傳導效應將模具進行散熱冷卻。因此方案缺陷有三:

1、模具鑲件中間部位無水路,溫度高,底部具備水路溫度低,導致溫差極大,易導致我們所說的模溫不均衡。

2、水路離膠位處太遠,冷卻效率低下,生產周期漫長。

3、壁厚嚴重不均,厚壁處水路應適當加密或靠近水路,而傳統制模方式無法達到要求,導致冷卻速度不均勻,產品內應力增加。

因此,針對水路設計問題,傳統制模方式無法解決。所以客戶要求通過采用3D打印技術解決難題。3D打印通過“自上而下”,逐層遞增的制造方法,脫離傳統制造的束縛。經過對產品結構的分析,我們得到水路方案設計如下:

圖3:3D打印隨形水路方案

由圖可以很清晰的看到,新方案中同樣通過鑲件的方式設計水路,但不同的是產品深筋條兩邊及深孔膠位處都延伸出水路且擴大了鑲件中水路的覆蓋面積,從而提高冷卻速度,使得整個模具鑲件模溫均勻,在打印材料的選擇上我們采用了毅速自主研發的ESU-EM191模具3D打印專用金屬粉末保證打印件強度。

至于實際效果,可以通過模流分析結果進行對比得出結論。

達到頂出溫度時間:

普通方案:59.87s 隨形水路方案:29.34s

圖:4:毅速ESU醫用旋鈕普通水路與隨形水路達到頂出溫度時間對比圖

產品溫度

普通方案:溫差:20.9℃ 隨形水路方案:溫差:2.4℃

圖:5:毅速ESU醫用旋鈕普通水路與隨形水路模具溫差對比圖

從以上表格的統計數據顯示:通過采用3D打印技術制作的模具使產品達到頂出溫度的時間,也就是冷卻周期縮短了近50.9%,模具較低高溫度與較低溫度的差降低了近89%,可謂效果顯著。

踐行!或是另一個轉機?

隨形水路冷卻系統所帶來的優勢有目共睹,但在實際應用推廣中我們還是遇見很多困難。例如:客戶對新技術的不信任:如3D打印技術是否成熟?3D打印成本是否太高?打印材料是否能夠很好的與增材制造相契合等等。

毅速激光目前也在著力解決這些問題,在材料開發上,聯合上海復旦大學高分子材料研究院共同將粉末體系逐漸完善:ESU-EM181、EUS-EM191、ESU-EM201等自主研發的模具3D打印專用金屬粉末相繼面向市場,力爭將“3D打印昂貴”這一認知消除。

在較后,小易覺得,傳統制造在技術革新中往往落后其他行業,但隨著互聯網的影響逐步加深,各類信息也越來越清晰,作為模具行業的一份子,我們要善于將新的技術信息帶到行業中,讓更多的人相信并且愿意去應用這一技術,從而為我們傳統行業帶來生機與繁榮,小易正是秉承著這一愿望正在努力的踐行,3D打印在模具中的應用效果,顯而易見,那么作為企業管理者是否愿意去應用,實施就看你們了。

(三的易速)

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