從16周縮短為3周，模具3D打印實現(xiàn)復(fù)合浴缸和淋浴生產(chǎn)的自動化

2023年11月13日,，南極熊獲悉,，美國傳統(tǒng)復(fù)合材料浴室制造商Lyons Industries表示,，為了盡可能實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化,，該公司已經(jīng)購買了Massivit 10000 3D打印制造系統(tǒng)，以快速生產(chǎn)高性能模具和支撐夾具,。

△為了應(yīng)對勞動力短缺問題,，Lyons一直在逐步推進(jìn)自動化流程，以取代生產(chǎn)復(fù)合浴缸采用的傳統(tǒng)勞動密集型噴涂流程

拓展自動化流程應(yīng)對勞動力短缺問題

Lyons工業(yè)是一家家族企業(yè),，專注于玻璃纖維復(fù)合浴缸和淋浴器的生產(chǎn),，它擁有超過50年的經(jīng)營歷史。該公司總裁Lance Lyons表示,，他們的工廠占地13.5萬平方英尺,，每天能生產(chǎn)1000多件產(chǎn)品。

這些浴缸和淋浴器的制造過程采用真空成型和噴涂工藝,。首先,，它們在烤箱中加熱一塊丙烯酸塑料，然后在環(huán)氧樹脂陰模上拉伸,，以生產(chǎn)特定的產(chǎn)品形狀,。接著，模具被安裝到真空成型機中,，通過抽真空使塑料成型成模具的形狀,。在冷卻后，這些塑料部件（被稱為外殼）被裝載到支撐夾具上,，然后移入噴漆室,，在那里它們被噴上短切玻璃纖維和樹脂。隨后,，零件在大型工業(yè)烤箱（Lance公司稱之為“熱隧道”）中固化,，然后進(jìn)行冷卻、修整和包裝,。

傳統(tǒng)上,，大部分工作都是手工完成的。然而，Lyons解釋說,，在過去的幾年里，該公司逐漸增加對自動化的依賴,，以解決勞動力短缺的問題,，同時提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。目前,，該解決方案包括半自動推車移動系統(tǒng)和機器人裝載機（用于將零件從一個站點轉(zhuǎn)移到另一個站點）,、兩個玻璃纖維噴涂機器人、機器人水射流切割機,，以及用于增材制造模具和支撐夾具的Massivit 10000工業(yè)3D打印機,。

Lyons表示，創(chuàng)建工具和支撐夾具是該流程中耗時最長,、勞動力最密集的部分之一,。因此，該公司開始研究3D打印系統(tǒng),，以直接打印高質(zhì)量的模具和支撐夾具,。

△Massivit 3D打印系統(tǒng)安裝在Lyons的合作伙伴Prestige Tooling公司內(nèi)，使用3D打印技術(shù)設(shè)計和制造模具

大尺寸復(fù)合材料模具3D打印機MASSIVIT 10000

Lyons最終決定購買Massivit 10000系統(tǒng),，該系統(tǒng)通過四個步驟運行,。首先，根據(jù)最初的CAD設(shè)計,，使用兩個打印頭打印模具或固定裝置：第一個打印頭沉積防水熱固性聚合物,，在外部形成犧牲殼層。第二個打印頭以高強度打印實際模具,。外殼內(nèi)部采用高性能環(huán)氧樹脂CIM 500,。這種材料在高溫下具有一致且低的熱膨脹系數(shù)（CTE），形成真正的各向同性模具,。其次,，整個印刷結(jié)構(gòu)在烤箱中固化。第三,，將結(jié)構(gòu)浸入一桶清水中,，外殼在其中破裂。最后,，所得模具即可完成并可供使用,。

該系統(tǒng)將安裝在合作伙伴公司Prestige Tooling（美國印第安納州埃爾克哈特）的工廠，該工廠多年來一直為Lyons Industries制造模具,。Lyons補充道,，自動化并不是一項簡單的一次性投資：“你不能只安裝3D打印機、機器人或鋸子。你還需要升級電氣系統(tǒng),、基礎(chǔ)設(shè)施,、計算機和軟件。這是一個過程,�,！�

一切就緒后，Massivit系統(tǒng)于2022年秋季在Prestige安裝,，并于年底開始運營,。Lyons解釋說：“我們逐步應(yīng)用了Massivit系統(tǒng)，從淋浴底座的支撐裝置開始,，然后轉(zhuǎn)向制作浴缸支撐裝置,，該底座長4-5英尺，寬2-3英尺,，但厚度僅約一兩英寸,。一旦我們弄清楚了這一點，我們就開始制作我們的第一個浴缸支撐裝置,，它也長約5英尺,，寬約2英尺，但深近16英寸,�,！�

在使用Massivit系統(tǒng)打印固定裝置時的一些考慮。首先,，相對較小的固定裝置可以作為一件整體進(jìn)行打印,。然而，當(dāng)需要打印更大,、更復(fù)雜的零件,，如浴缸模具時，就需要將其分成兩部分進(jìn)行打印,。雖然后續(xù)可能需要一些打磨和表面處理工作,，但整個過程與傳統(tǒng)的制造流程有很大的不同，并且公司一直在不斷改進(jìn)工藝,，以制造越來越大的零件,。

△在打印過程中，外層采用熱固性聚合物犧牲層充當(dāng)支撐層,，其在浸入水中時會自行破裂,；而內(nèi)層模具則由高性能環(huán)氧樹脂制成。在圖中展示的支撐夾具被用于制造尺寸為60×32×19英寸的浴缸

他補充道：“這是模具制造的一個顯而易見的解決方案,，因為你無需先制作模型,，然后根據(jù)該模型鑄造模具,，而是直接制作用于生產(chǎn)的模具或支撐夾具�,！�3D打印過程的數(shù)字化也有助于確保質(zhì)量的一致性,。

Lyons強調(diào)：“原本需要16周時間完成的工作，現(xiàn)在只需3-4周即可完成,，而且只需要很少的人力,。我們能夠更快地為客戶生產(chǎn)更好的產(chǎn)品，對于我們的員工來說,，這是一個更簡單的過程�,！�