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快速成形模具进入吹塑和热成型领域

时间: 2011-07-16 08:02 来源: 作者: 点击:

快速原形制造(RP)正被越来越多地用于制造吹塑制品和热成型制品生产用的原形模具或短期生产用的模具。通常的快速原形制造包括:熔融沉积成型(FDM)、三维印刷和立体光刻成型(SL)。采用此类技术开发模具所需的时间更短,成本更低。随着更坚固、耐热性能更好以及加工精度更高的新型快速成形材料的推出,目前快速原形制造获得了更广泛的应用。

RT找到了合适的位置

在过去的10年里,人们对可替代传统机械方法的快速模具制造(RT)技术有着很高的期盼。然而,由于涉及到加工精度、强度和表面处理等方面的问题,这些多数基于快速原形制造(RP)的快速模具制造技术,在通用模具制造领域中只获得了很小的份额。

但是,最近RP/RT材料的进步已经促使加工商和OEM厂商重新开始重视RT技术,这在吹塑成型和热成型领域中表现的尤为明显。据报道,RT技术已经在此类加工领域中赢得了市场的认可,其原因是,这类加工对RT材料的抗冲击性、耐压性和耐热性等的要求较低。热成型是最先采用该技术的加工方法之一,因为它需要在低压加热条件下加工,而采用快速模具更易于对工艺过程进行控制。

Stratasys Inc是在吹塑成型和热成型方面从事快速模具制造的革新者。该公司的FDM系统从3D 计算机辅助设计程序开始,利用挤出的和层压的热塑性塑料长丝,一层层地构建塑料模具。同时,一系列“工业级”的热塑性塑料,包括ABS、PC、聚苯硫醚砜(PPSF)及其混合物等,则对该体系做了有益的补充。为满足加工需要,它们被要求提供“坚固”的特性。例如,要求PPSF的玻璃化温度(Tg)是229℃。最近,Stratasys公司还介绍了其Vapor Smoothing技术,该技术使用溶剂对外层材料做平滑处理,从而使表面光洁度得到了明显改善。

据Stratsys公司的产品市场经理Fred Fischer介绍,在吹塑成型领域,为盛装水和碳酸软饮料(CSD)的原形PET瓶开发模具有着重要的意义。采用FDM技术,可使原形制品的研制周期从以前的数周减少到不到5天。此外,PC原形模具的成本也只是铝质原形模具的1/3~1/2。为此,Stratasys公司通常推荐将PC材料用于吹塑模具。据说,它能承受数百个到数千个HDPE、PET、PVC、PS或PC制品的短期生产任务。

除了排气和断路设计外,FDM模具的设计与机械加工的模具非常相似。由于FDM模具的型腔有少量的孔隙,因此在塑料和模具表面之间的空气流就可以通过模具本身被排走。为了尽量减少飞边,在型腔的周边增加了一个凸起的斜筋。冷却水道可以被置于模具内,但是Stratasys认为,使用带有冷却水道线的标准安装底板更加简单快速,因为PC模具易保留一定的热量,因此更需要冷却。

一个容器加工商使用FDM技术,在2天内便制造出了一个PC模具,用于生产直径3in.(76.2mm)、高6in.(152.4mm)的HDPE瓶。该客户从FDM开始,一直到生产出质量相近的瓶子,前后只用了不到5天的时间。另外一家吹塑成型商,采用FDM模具生产了800个PET瓶以后,模具并没有出现磨损、变形及尺寸的变化。该公司认为,如果需要,该模具能生产出数千件制品。

据说,目前Stratasys公司所有的材料都可用于热成型模具。在满足应用需求方面,PPSF和PC比ABS拥有更高的玻璃化温度(Tg)。根据模具和成型制品的材料不同,FDM模具的寿命一般在100~1 000件不等。除了用于排气的孔隙(就像吹塑成型一样)和附加在周围的斜筋之外,其模具的设计与典型的机械加工模具十分相似。尽管冷却水道可以建在FDM模具中,但一般认为,采用带有冷却水道线的标准安装底板会更加简单快速。 

 

快速原形技术被越来越多地用于热成型制品(如塑料包装盒)
的原形模具或短期生产用的模具制造。加拿大的Axis Prototypes
就使用了DSM Somos的NanoTool树脂,用于立体光刻成型

目前,一家航空领域的供应商已采用FDM技术制造出了热成型模具,用于生产风道、引擎罩和天线罩。该公司介绍说,FDM模具比采用碳纤维预浸料的手糊成型工艺制成的复合模具成本更低,生产前置期更短。

其他的RP/RT方法

高性能的立体光刻成形树脂,如DSM Somos的NanoTool,也加速了快速模具制造在热成型和吹塑成型领域的推广。采用纳米硅填充的环氧树脂/丙烯酸酯,其热变形温度(HDT)可达260℃。据报道,它可提供优异的侧壁质量,与其他快速原形材料和加工过程相比,它具有更高的细节分辨率。DSM Somos的全球技术服务和应用开发经理Brian Bauman介绍说,由NanoTool制成的PET瓶原形模具能生产500~1 000个PET瓶。

目前,NanoTool在热成型包装领域也得到了快速发展。Axis Prototypes是位于加拿大蒙特利尔的一家快速模具服务公司,该公司已使用NanoTool完成了大约十几个快速模具制造项目。Axis Prototypes的总经理Robin Clifford 说:“这为小批量热成型加工打开了新的市场,而此前,这是根本不可能实现的。” 据介绍,该公司可在4天内完成模具的制造,其模具一般用于生产20~500件食品和消费品包装。

Objet Geometries公司介绍说,3D印刷是最经济的热成型快速模具制造方法之一,其Eden 3D印刷系列正被越来越多的加工制造商采用,这些制造商往往需要每天更换模具,单个模具的最大生产量不超过500件。FullCure是Objet公司的丙烯酸基光敏聚合物系列材料,可为热成型的食品和消费品包装带来细致精美的模具。最近,Objet公司与一家具有领先地位的玩具制造商共同为新的产品生产线开发出了一系列原形包装。

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