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3D打印于新产品的研发及模具制造上的应用

0 3D 打印技术概述
  3D 打印技术,即“增材制造 ”。是一种以计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和数控成型系统,采用逐层叠加的制造方式将材料紧密组合在一起的工艺。主要的3D 打印技术有热熔堆积成型、光固化成型、三维粉末粘接成型、选择性激光烧结成型等。

  加工工作流程:CAD 软件建模→ 3D 建模→(分割)二维图形信息→(打印)三维模型→后处理→产品输出。

1  3D 打印产品
  本文新研发的一款传感器外壳为例,利用3D 打印技术快速获得产品实物。

1.1 利用CAD 软件(如UG)进行建模
  根据产品的工程图,用三维软件进行建模。二维CAD 图纸已经在前期开发过程中设计出来,利用3 维UG 软件,进行1:1 建模,核对尺寸后输出3D 打印机能够识别的STL 文件。

1.2 3D 打印
  打印的原理类似于常规的喷墨打印机,常规的喷墨打印机一次就将整个2 维平面的文字或者图案打印出来,而3D 打印机在完成一层打印后会在此基础上进行第二次喷绘,最终完成整个打印过程。我们将3 维软件建模生成的STL 文件转交给外协3D 打印服务商,6 个小时拿到打印好的产品。

1.3 打印产品的性能
  此次打印的产品使用的打印材料为PLA, 通过实物外观可见,产品底部为光滑的一层。从实物侧面看,可清晰的看见3D 打印层层堆积产生的层次记录。强度和韧性度较好。通过破坏去除一个装配支撑点,发现内部空洞。在尺寸控制上,对比图示尺寸,尺寸偏小,是因为打印后热胀冷缩导致收缩。此外壳凹槽内安装一块PCB 板,在装配过程中,发现由于产品收缩导致的内部尺寸偏小影响装配,通过打磨PCB 板外轮廓完成装配。两端凸台中心螺纹孔,螺纹效果差,难以与螺钉进行装配。

2 3D 打印产品在模具制造上的应用
  通过对3D 打印产品实际使用后,证实产品外壳的结构设计满足要求。下一步将开展设计产品的开模,进行批量生产。传统的塑料外壳制造过程为,产品机械图纸设计完成后进行模具制造可行性分析。完成后再进行模具制造,开模完成后试制,最后完成产品批量生产。

  本次制造所需产品,除给开模制作厂家设计图纸,同时提供3D打印产品模型,可以直观的展现所开模产品的实际外观和内部构造,减少了读图的时间。实物模型可以很好的作为开模的参照,及时发现设计中的失误和不合理,以便及时修正相关设计。模具制造厂家针对实物模型,结合图纸提供的产品设计尺寸,采购原材料,经加工完成模具制作。模具制造完成后经试模,产生的产品尺寸达到了设计的要求,误差控制在合理的范围,考虑到产品在制造过程中出现的不均衡收缩,在模具设计阶段已做相关安排设计。从开始制作到产品试制完成减少了30% 的时间。

        通过3D 打印,加快了产品上市的时间,提高了经济效率。3D 打印技术还不能替代传统制造技术,针对3D 打印技术和传统加工技术存在的不足和优势让它们相容互补是目前3D 打印技术发展的方向。

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