快速成形模具進入吹塑和熱成型領域
2009/3/28


快速原形製造(RP)正被越來越多地用於製造吹塑製品和熱成型製品生產用的原形模具或短期生產用的模具。通常的快速原形製造包括:熔融沉積成型(FDM)、三維印刷和立體光刻成型(SL)。採用此類技術開發模具所需的時間更短,成本更低。隨著更堅固、耐熱性能更好以及加工精度更高的新型快速成形材料的推出,目前快速原形製造獲得了更廣泛的應用。
RT找到了合適的位置
在過去的10年堙A人們對可替代傳統機械方法的快速模具製造(RT)技術有著很高的期盼。然而,由於涉及到加工精度、強度和表面處理等方面的問題,這些多數基於快速原形製造(RP)的快速模具製造技術,在通用模具製造領域中只獲得了很小的份額。
但是,最近RP/RT材料的進步已經促使加工商和OEM廠商重新開始重視RT技術,這在吹塑成型和熱成型領域中表現的尤為明顯。據報導,RT技術已經在此類加工領域中贏得了市場的認可,其原因是,這類加工對RT材料的抗衝擊性、耐壓性和耐熱性等的要求較低。熱成型是最先採用該技術的加工方法之一,因為它需要在低壓加熱條件下加工,而採用快速模具更易於對工藝過程進行控制。
Stratasys Inc是在吹塑成型和熱成型方面從事快速模具製造的革新者。該公司的FDM系統從3D 電腦輔助設計程式開始,利用擠出的和層壓的熱塑性塑膠長絲,一層層地構建塑膠模具。同時,一系列“工業級”的熱塑性塑膠,包括ABS、PC、聚苯硫醚?(PPSF)及其混合物等,則對該體系做了有益的補充。為滿足加工需要,它們被要求提供“堅固”的特性。例如,要求PPSF的玻璃化溫度(Tg)是229℃。最近,Stratasys公司還介紹了其Vapor Smoothing技術,該技術使用溶劑對外層材料做平滑處理,從而使表面光潔度得到了明顯改善。
據Stratsys公司的產品市場經理Fred Fischer介紹,在吹塑成型領域,為盛裝水和碳酸軟飲料(CSD)的原形PET瓶開發模具有著重要的意義。採用FDM技術,可使原形製品的研製週期從以前的數周減少到不到5天。此外,PC原形模具的成本也只是鋁質原形模具的1/3~1/2。為此,Stratasys公司通常推薦將PC材料用於吹塑模具。據說,它能承受數百個到數千個HDPE、PET、PVC、PS或PC製品的短期生產任務。
除了排氣和斷路設計外,FDM模具的設計與機械加工的模具非常相似。由於FDM模具的型腔有少量的孔隙,因此在塑膠和模具表面之間的空氣流就可以通過模具本身被排走。為了儘量減少飛邊,在型腔的周邊增加了一個凸起的斜筋。冷卻水道可以被置於模具內,但是Stratasys認為,使用帶有冷卻水道線的標準安裝底板更加簡單快速,因為PC模具易保留一定的熱量,因此更需要冷卻。
一個容器加工商使用FDM技術,在2天內便製造出了一個PC模具,用於生產直徑3in.(76.2mm)、高6in.(152.4mm)的HDPE瓶。該客戶從FDM開始,一直到生產出品質相近的瓶子,前後只用了不到5天的時間。另外一家吹塑成型商,採用FDM模具生產了800個PET瓶以後,模具並沒有出現磨損、變形及尺寸的變化。該公司認為,如果需要,該模具能生產出數千件製品。
據說,目前Stratasys公司所有的材料都可用於熱成型模具。在滿足應用需求方面,PPSF和PC比ABS擁有更高的玻璃化溫度(Tg)。根據模具和成型製品的材料不同,FDM模具的壽命一般在100~1 000件不等。除了用於排氣的孔隙(就像吹塑成型一樣)和附加在周圍的斜筋之外,其模具的設計與典型的機械加工模具十分相似。儘管冷卻水道可以建在FDM模具中,但一般認為,採用帶有冷卻水道線的標準安裝底板會更加簡單快速。
 
快速原形技術被越來越多地用於熱成型製品(如塑膠包裝盒)
的原形模具或短期生產用的模具製造。加拿大的Axis Prototypes
就使用了DSM Somos的NanoTool樹脂,用於立體光刻成型
目前,一家航空領域的供應商已採用FDM技術製造出了熱成型模具,用於生產風道、引擎罩和天線罩。該公司介紹說,FDM模具比採用碳纖維預浸料的手糊成型工藝製成的複合模具成本更低,生產前置期更短。
其他的RP/RT方法
高性能的立體光刻成形樹脂,如DSM Somos的NanoTool,也加速了快速模具製造在熱成型和吹塑成型領域的推廣。採用納米矽填充的環氧樹脂/丙烯酸酯,其熱變形溫度(HDT)可達260℃。據報導,它可提供優異的側壁品質,與其他快速原形材料和加工過程相比,它具有更高的細節解析度。DSM Somos的全球技術服務和應用開發經理Brian Bauman介紹說,由NanoTool製成的PET瓶原形模具能生產500~1 000個PET瓶。
目前,NanoTool在熱成型包裝領域也得到了快速發展。Axis Prototypes是位於加拿大蒙特利爾的一家快速模具服務公司,該公司已使用NanoTool完成了大約十幾個快速模具製造專案。Axis Prototypes的總經理Robin Clifford 說:“這為小批量熱成型加工打開了新的市場,而此前,這是根本不可能實現的。” 據介紹,該公司可在4天內完成模具的製造,其模具一般用於生產20~500件食品和消費品包裝。
Objet Geometries公司介紹說,3D印刷是最經濟的熱成型快速模具製造方法之一,其Eden 3D印刷系列正被越來越多的加工製造商採用,這些製造商往往需要每天更換模具,單個模具的最大生產量不超過500件。FullCure是Objet公司的丙烯酸基光敏聚合物系列材料,可為熱成型的食品和消費品包裝帶來細緻精美的模具。最近,Objet公司與一家具有領先地位的玩具製造商共同為新的產品生產線開發出了一系列原形包裝。

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