【案例】用3D打印的PSU復(fù)合塑料模具制造直升機(jī)大型結(jié)構(gòu)件

▲用3D打印模具制成的塑料直升機(jī)零件

諸如直升機(jī)結(jié)構(gòu)件這樣的大型零件,，通常是用重達(dá)數(shù)噸甚至數(shù)十噸的模具通過注塑工藝制成的。但這樣的方法不僅成本高,，而且要求高,，比如機(jī)床工作臺(tái)面必須能承受大重量；設(shè)備必須具有大承重和高剛性的特性,，還要有足夠大的臺(tái)面尺寸和工作行程與之相適應(yīng),；制造模具用的高速萬能銑床必須有很高的動(dòng),、靜剛度，以提高機(jī)床的定位精度,、跟蹤精度和抗振能力,。

另外，由于模具的強(qiáng)度和硬度都很高,，加上常常采用伸長(zhǎng)量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔,，加工過程種很容易發(fā)生顫振。

▲3D打印的模具

3D打印技術(shù)為大型模具制造帶來了新的切入點(diǎn),。就拿PSU塑料來說，這種塑料耐蒸氣,、耐水解,、無毒、耐高溫蒸氣消毒,、高透明,、尺寸穩(wěn)定性好的塑料材料。這也為通過3D打印技術(shù)來加工PSU塑料模具,，然后通過注塑完成最終產(chǎn)品的加工,。對(duì)于小批量大型零件的制備，這是一種快,、好,、省的捷徑。

最近,，普渡大學(xué)復(fù)合材料制造和模擬中心,，Thermwood公司，應(yīng)用復(fù)合材料工程（ACE）和Techmer PM的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了通過3D打印PSU復(fù)合材料模具來實(shí)現(xiàn)直升機(jī)零部件的注塑目的,。

據(jù)悉,，這可能是碳纖維增強(qiáng)PSU塑料首次成功地被用于3D打印工藝。Thermwood的大型增材制造（LSAM-Large Additive Manufacturing）系統(tǒng)通過3D打印與機(jī)加工一次性用它將模具制造了出來,。

團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員都在直升機(jī)零部件的生產(chǎn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用：Techmer PM是高性能定制聚合物的制造商,，由他們提供了專業(yè)的PSU材料; Thermood公司提供了其LSAM技術(shù);而專注于航空航天工業(yè)的復(fù)合材料專家ACE則通過3D打印的模具來創(chuàng)建最終的直升機(jī)零部件。

為了將3D打印方法與傳統(tǒng)制造方式進(jìn)行比較,，團(tuán)隊(duì)專門做了兩種制造方式的經(jīng)濟(jì)性分析,。根據(jù)分析結(jié)果，3D打印模具的材料比標(biāo)準(zhǔn)模具材料的成本低34％,，在勞動(dòng)時(shí)間方面的生產(chǎn)速度提高了69％,，3D打印模具只需三天時(shí)間就可以制造完成，而傳統(tǒng)的模具制造需要八天時(shí)間,。

能夠?qū)�PSU材料用作模具,，主要得益于LSAM強(qiáng)大的擠出系統(tǒng)可以達(dá)到PSU加工工程中所需的高溫和扭矩水平。

Thermwood開發(fā)的LSAM系統(tǒng)是增材制造工藝與機(jī)加工切削工藝的巧妙結(jié)合，由3D打印完成粗糙的模型輪廓,，通過使用CNC銑床將零件加工到精確尺寸,，在3D打印的過程中就可以同步配合機(jī)加工切削的運(yùn)用，這款用于制造直升機(jī)零件模具的大型3D打印機(jī)的建造體積為10×20英尺,。

隨后,，直升機(jī)零件在275oF和90PSI的高壓釜中成型。3D打印模具保持真空,，不需要特殊的涂層,，在Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）372°F的情況下，這種特殊的PSU復(fù)合材料配方能夠滿足高達(dá)350°F的零部件注塑環(huán)境要求,，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解這足以滿足今天加工中大約95％的復(fù)合材料部件,。當(dāng)然，還需要進(jìn)行額外的測(cè)試以確定該材料在高溫下的適用性和耐久性,。

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來源：3D科學(xué)谷