DLP 3D打印模具鑲件在復(fù)雜微觀特征注塑件制造中的應(yīng)用研究

在注塑生產(chǎn)中,，可用于制造帶有微觀特征注塑件的方法有多種,，但是其中多數(shù)方法只能夠在平面或曲率恒定的曲面中實現(xiàn)微觀特征,。丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）的一個研究團(tuán)隊通過DLP 3D打印技術(shù)制造的注塑模具鑲件，則能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜表面上創(chuàng)建微觀特征,。這一技術(shù)在帶有復(fù)雜微觀特征的注塑件制造領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力,，特別是在復(fù)雜塑料醫(yī)療器械、內(nèi)植物制造領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力,。

在自由曲面上創(chuàng)建微觀特征
丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）發(fā)表了題為 “ A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars”的研究論文,。在研究中他們使用了 “軟工具工藝鏈” ，在復(fù)雜表面上創(chuàng)建三維微觀特征,。這種工藝其實是通過DLP 3D打印技術(shù)制造帶有微表面特征的注塑模具鑲件,，并用一套3D打印鑲件替代以往使用的鋼模腔。

在研究過程中,，研究團(tuán)隊用這種帶有3D打印鑲件的模具進(jìn)行了PE 材料的注塑成型,。

（a）左邊兩個為DLP 3D打印的鑲件,，它們形成模腔，最右邊為注塑成型的PE零件,；刻度尺上的單位是毫米,，數(shù)字為厘米。 （b）掃描電子顯微鏡（SEM）圖像中的鑲件表面; （c）SEM圖像中的PE零件表面,。

研究團(tuán)隊表示,，該技術(shù)與金屬增材制造技術(shù)相比能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度，與基于CNC 加工的傳統(tǒng)模具加工工藝相比,，能夠顯著降低加工時間和成本,。這種模具適合生產(chǎn)設(shè)計變化大，并且中等批量的塑料件（1000-10,000次循環(huán)）,。此外這種模具可以生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)商用注塑板,，不需要使用特殊的注塑模板。

但是通過這種3D打印模具生產(chǎn)的零件表面質(zhì)量有限,，對此研究團(tuán)隊表示,，可以通過化學(xué)方法對零件進(jìn)行后處理，以改善其表面質(zhì)量,。注塑件的表面特征精度也是有限的,，然而研究人員認(rèn)為，對于制造帶有復(fù)雜表面和具有微觀特征的模具鑲件來說,，3D打印不失為一種經(jīng)濟(jì)高效的方法,。

研究團(tuán)隊表示，由于這種DLP 3D打印模具鑲件可以在自由曲面上創(chuàng)建微觀特征,，該方法在制造復(fù)雜微觀特征的塑料醫(yī)療器械和植入器械領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力,。

3D打印技術(shù)與注塑模具制造的結(jié)合主要包括兩類：
一類是通過選區(qū)激光熔融金屬3D打印技術(shù)制造隨形冷卻模具。傳統(tǒng)加工技術(shù)在制造冷卻通道時采用交叉鉆孔方式,，引導(dǎo)冷卻材料的通道通常是直的,，在模制部件中產(chǎn)生較慢的和不均勻的冷卻效果。3D打印技術(shù)使冷卻通道擺脫了交叉鉆孔的限制,，在設(shè)計模具冷卻通道時,，可以使冷卻水路更靠近模具的冷卻表面并帶有平滑的角落，從而實現(xiàn)更快的流量,，增加熱量轉(zhuǎn)移到冷卻液的效率,，最終帶來更高質(zhì)量的零件和較低的廢品率。

3D打印與注塑模具的另一類結(jié)合是通過立體光固化（SLA）或Stratasys的Polyjet 3D打印技術(shù)直接制造注塑模具 / 鑲件,，該技術(shù)用于小批量注塑生產(chǎn),，通常是在產(chǎn)品的研發(fā)試制階段作為一種小批量快速注塑生產(chǎn)的手段。例如,，Wehl & Partner 公司通過SLA 3D打印設(shè)備和DSM Somos 的光敏樹脂材料快速制造注塑模具，只需1-2周即可將注塑產(chǎn)品交付給客戶。如果用于注塑的材料是聚丙烯,，3D打印的塑料模具可生產(chǎn)上百件塑料產(chǎn)品,，如果使用的注塑材料是玻璃纖維材料，每個模具大約可以生產(chǎn)40-50個產(chǎn)品,。

但3D打印技術(shù)與注塑模具之間的關(guān)系不僅僅是應(yīng)用結(jié)合,，在某種程度上兩者還呈現(xiàn)出替代競爭的關(guān)系。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察,，塑料3D打印技術(shù)正在直逼注塑技術(shù),，在塑料件中小批量直接制造領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。Stratasys 研發(fā)實驗室孵化出來的Evolve Additive 公司推出的3D打印技術(shù)就是其中一種典型的塑料件生產(chǎn)技術(shù),，近期,，Evolve 向某家擁有標(biāo)志性品牌的大型制造公司交付了3D打印設(shè)備，該設(shè)備采用選擇性熱塑性電子照相過程（STEP）的技術(shù),， Evolve 聲稱這個過程比市場上現(xiàn)有的高速粘合劑噴射（如HP的Multi Jet Fusion或Xaar的高速燒結(jié)）3D打印技術(shù)還要至少快一個數(shù)量級,，在用于中短批量工程塑料件生產(chǎn)時，每件的成本低于傳統(tǒng)注塑成本,。

來源：3D科學(xué)谷