DLP 3D打印模具鑲件在復雜微觀特征注塑件制造中的應用研究

在注塑生產中，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。丹麥技術大學（DTU）的一個研究團隊通過DLP 3D打印技術制造的注塑模具鑲件，則能夠實現(xiàn)在復雜表面上創(chuàng)建微觀特征。這一技術在帶有復雜微觀特征的注塑件制造領域具有應用潛力，特別是在復雜塑料醫(yī)療器械、內植物制造領域具有應用潛力。

在自由曲面上創(chuàng)建微觀特征
丹麥技術大學（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，研究團隊用這種帶有3D打印鑲件的模具進行了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。

研究團隊表示，該技術與金屬增材制造技術相比能夠實現(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。這種模具適合生產設計變化大，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標準商用注塑板，不需要使用特殊的注塑模板。

但是通過這種3D打印模具生產的零件表面質量有限，對此研究團隊表示，可以通過化學方法對零件進行后處理，以改善其表面質量。注塑件的表面特征精度也是有限的，然而研究人員認為，對于制造帶有復雜表面和具有微觀特征的模具鑲件來說，3D打印不失為一種經濟高效的方法。

研究團隊表示，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，該方法在制造復雜微觀特征的塑料醫(yī)療器械和植入器械領域具有應用潛力。

3D打印技術與注塑模具制造的結合主要包括兩類：
一類是通過選區(qū)激光熔融金屬3D打印技術制造隨形冷卻模具。傳統(tǒng)加工技術在制造冷卻通道時采用交叉鉆孔方式，引導冷卻材料的通道通常是直的，在模制部件中產生較慢的和不均勻的冷卻效果。3D打印技術使冷卻通道擺脫了交叉鉆孔的限制，在設計模具冷卻通道時，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，增加熱量轉移到冷卻液的效率，最終帶來更高質量的零件和較低的廢品率。

3D打印與注塑模具的另一類結合是通過立體光固化（SLA）或Stratasys的Polyjet 3D打印技術直接制造注塑模具 / 鑲件，該技術用于小批量注塑生產，通常是在產品的研發(fā)試制階段作為一種小批量快速注塑生產的手段。例如，Wehl & Partner 公司通過SLA 3D打印設備和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上百件塑料產品，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40-50個產品。

但3D打印技術與注塑模具之間的關系不僅僅是應用結合，在某種程度上兩者還呈現(xiàn)出替代競爭的關系。根據(jù)3D科學谷的市場觀察，塑料3D打印技術正在直逼注塑技術，在塑料件中小批量直接制造領域發(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打印技術就是其中一種典型的塑料件生產技術，近期，Evolve 向某家擁有標志性品牌的大型制造公司交付了3D打印設備，該設備采用選擇性熱塑性電子照相過程（STEP）的技術， 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）3D打印技術還要至少快一個數(shù)量級，在用于中短批量工程塑料件生產時，每件的成本低于傳統(tǒng)注塑成本。

來源：3D科學谷