3D打印给模具行业带来的“喜”与“忧”(2)
最后,有时经常会出现生产开始后还要修改模具的情况。3D打印的灵活性使工程师能够同时尝试无数次的迭代,并可以减少因模具设计修改引起的前期成本。
3)模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性。
通常,金属3D打印的特殊冶金方式能够改善金属微观结构并能产生完全致密的打印部件,与那些锻造或铸造的材料(取决于热处理和测试方向)相比其机械和物理性能一样或更好。增材制造为工程师带来了无限的选择以改进模具的设计。当目标部件由几个子部件组成时,3D打印具有整合设计,并减少零部件数量的能力。这样就简化了产品组装过程,并减少了公差。
此外,它能够整合复杂的产品功能,使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷更少。例如,注塑件的总体质量要受到注入材料和流经工装夹具的冷却流体之间热传递状况的影响。 如果用传统技术来制造的话,引导冷却材料的通道通常是直的,从而在模制部件中产生较慢的和不均匀的冷却效果。
而3D打印可以实现任意形状的冷却通道,以确保实现随形的冷却,更加优化且均匀,最终导致更高质量的零件和较低的废品率。此外,更快的除热显著减少了注塑的周期,因为一般来说冷却时间最高可占整个注塑周期的70%。
4)优化工具更符合人体工学和提升最低性能
3D打印降低了验证新工具(它能够解决在制造过程中未能满足的需求)的门槛,从而能够在制造中投入更多移动夹具和固定夹具。传统上,由于重新设计和制造它们需要相当的费用和精力,所以工具的设计和相应的装置总是尽可能地使用更长的时间。随着3D打印技术的应用,企业可以随时对任何工具进行翻新,而不仅限于那些已经报废和不符合要求的工具。
由于需要很小的时间和初始成本,3D打印使得对工具进行优化以获得更好的边际性能变得更加经济。于是技术人员可以在设计的时候更多地考虑人体工学,以提高其操作舒适性、减少处理时间,以及更加方便易用易于储存。虽然这样做有可能只是减少了几秒钟的装配操作时间,但是架不住积少成多。此外优化工具设计,也可以减少零件的废品率。
5)定制模具帮助实现最终产品的定制化
更短的生产周期、制造更为复杂几何形状、以及降低最终制造成本的能力,使得企业能够制造大量的个性化工具来支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制化生产,比如医疗设备和医疗行业。它能够为外科医生提供3D打印的个性化器械,如外科手术导板和工具,使他们能够改善手术效果,减少手术时间。
那么3D打印会取代模具制造业吗?
据前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》,2010年时全球3D打印产业的市场规模接近13.25亿美元,2011年这一数字增长至17.14亿美元,但到2013年这一数字直接飙升至40亿美元,同比2012年的22.04亿上涨了81.49%。
面对3D打印行业发展趋势,不少人担忧3D打印将直接取代模具制造业。相比于3D打印来说,模具制造的工艺流程需要经过审图、模架加工、模芯加工、电极加工、模具零件加工、检验装备、飞模之后才能进行生产,工艺流程要复杂的多。而3D打印经过建模软件建模后,再截图“切片”给打印机读取横截图信息即可进行打印生产。
不过也有业内人士表示,在3D打印尚出于初步阶段,对于压铸模和压铸件的模具企业来说,尚未构成威胁。前瞻产业研究院分析师孙海红认为,目前的3D打印技术并不适合批量生产,3D打印生产单件模型的成本和生产上万件模具的成本基本相似,而传统模具制造企业一旦规模化生产,就能显现出优势。
而且模具制造企业的生产时间要比3D打印的生产时间要少得多。尽管模具生产的前期准备比较多,但一旦万事俱备,仅需几秒钟就可以生产出一个产品,但现阶段的3D打印机却需要3个小时乃至更长的时间才能生产出一件产品。所以,现阶段3D打印很难在批量化生产环节中取代模具制造业。
不少企业家对于3D打印替代模具制造业的问题看得更为乐观,虽然二者存在相似性,但未必一定是生死存亡的关系。未来3D打印技术成熟,反而可以为模具制造企业所用,企业利用3D打印技术生产低效益的产品,而将模具制造技术用于生产附加值高、精密制造的产品,比如航空航天器械和医疗器械,从而实现整个产业的转型升级。
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