Mantle創(chuàng)新金屬3D打印技術(shù)革新工模具行業(yè)，大幅縮短制造時間

2023年2月9日，南極熊獲悉，初創(chuàng)公司Mantle開發(fā)了一種能對當(dāng)今制造業(yè)造成沖擊的3D打印新方法。他們不是 直接3D 打印數(shù)百萬個零件，而是先 3D 打印工具，然后制造出數(shù)百萬個零件。在加利福尼亞州阿納海姆舉行的醫(yī)療器械與制造西部會議上，Mantle 展示了兩個新客戶，他們采用了金屬 3D 打印工藝來減少注塑成型操作的時間和勞動力。

△Mantle 3D打印機(jī)

總部位于威斯康星州的Nicolet Plastics正在使用 Mantle 的技術(shù)來 3D 打印鋼制模具，作為全方位塑料注塑成型服務(wù)的一部分。Nicolet 的客戶中有一家名為Gamber-Johnson的企業(yè)，生產(chǎn)模制樣品的時間大幅減少。通過3D打印三個完成度達(dá)到95%且僅需少量精加工的嵌件，能夠?qū)⒐ぞ咧圃鞎r間從180小時縮短至僅12.5小時。讓Nicolet能夠在兩周內(nèi)交付樣品，而原來是六周。

△Nicolet的 3D 打印插件

Nicolet Plastics 的Eric Derner 說：“我們打印了嵌件，并且在這里和那里做了一些最終裝配，我們能夠放入打印機(jī)并相對快速地開始成型零件。我們只需要大約 10 個小時的二次操作和最后的裝配工作。此前，我們的工具制造商還有點悲觀，但當(dāng)我詢問一切進(jìn)展如何時，他顯得非常高興�！�

△Gamber-Johnson的模制零件。圖片由 Mantle 提供。

另一家提供全方位服務(wù)的注塑成型商Westec Plastics Corporation依靠這項技術(shù)來提高模具加工能力，而無需雇用既難找又成本高的模具制造商。通過 3D 打印 75-95% 完整的H13 工具鋼刀片，公司現(xiàn)有的工具制造人員可以專注于更重要的任務(wù)，如工具維修和保養(yǎng)。此外，據(jù)說 Westec 將模具成本降低了一半，因為生產(chǎn)嵌件的有效操作時間從 40 小時減少到 10 小時。  

Westec Plastics Corporation 總裁 Tammy Barras 說：“工具是我們公司的基礎(chǔ)，沒有高質(zhì)量的工具，我們就無法生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，但是越來越難找到高質(zhì)量的工具制造商。使用 Mantle 的技術(shù)，我們可以完成高達(dá) 70% 的工作，并讓我們的工具制造商處理只有人工才能完成的專門步驟。因此，我們需要利用這項新技術(shù)。通過 Mantle，我們可以為客戶提供他們在其他任何地方都無法獲得的服務(wù)�！�

參加 MD&M West 活動的人可以在 Mantle 的展位#3995 看到案例研究。此外，您有可能很快就會在雜貨店看到這樣一些。例如，一家主要但未透露姓名的除臭劑制造商依靠使用 Mantle 制作的模具來批量生產(chǎn)除臭劑棒的加捻部件。盡管 Mantle 可能相對較新，但它已經(jīng)以成熟公司數(shù)十年才能完成的方式對一般行業(yè)產(chǎn)生影響。

3D 打印可能并不適合所有注塑機(jī)，但是，對于任何需要內(nèi)部工具制造的人來說，它確實是一個理想的工具。Mantle 營銷總監(jiān) Ethan Rejto 表示，增材制造不一定適合從國內(nèi)或海外供應(yīng)商處購買工具的注塑商，因為工具在打印后需要幾個小時的后處理。那些購買工具但在內(nèi)部進(jìn)行工具維修的人可能希望將工具制造帶到現(xiàn)場，因此Mantle的出現(xiàn)可能非常適合。增材制造不一定適合從國內(nèi)或海外供應(yīng)商處購買工具的注塑商，因為工具在打印后需要幾個小時的潤色。那些購買工具但在內(nèi)部進(jìn)行工具維修的人可能希望將工具制造帶到現(xiàn)場，因此Mantle的技術(shù)可能非常適合。

Rejto 說：“擁有完整的內(nèi)部工具制造能力（即能夠構(gòu)建完整的注塑模具/工具）的模塑商非常適合選擇Mantle。大多數(shù)仍然進(jìn)行一些外包，但將提高內(nèi)部工具制造能力視為戰(zhàn)略優(yōu)勢，因此正在努力將更多的工具制造引入內(nèi)部。然而，他們根本無法聘請工具制造商來做這件事，而 Mantle 恰好可以幫助他們解決問題。”

盡管這些公司可以轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)的金屬 3D 打印技術(shù)來生產(chǎn)模具，如激光粉末床熔合 (PBF)技術(shù)，甚至是一些聚合物技術(shù)，但 Mantle 的上市重點是工具制造。其設(shè)備的價格明顯低于航空航天公司使用的高端 PBF機(jī)器，而且也沒有那么復(fù)雜。通過瞄準(zhǔn)這一細(xì)分市場，Mantle 正試圖從一個相對被忽視的制造業(yè)領(lǐng)域中獲利，該領(lǐng)域?qū)�后工業(yè)社會至關(guān)重要，價值在 450 億美元左右。

SmarTech Analysis 發(fā)布的《2020-2029年通用工業(yè)和模具行業(yè)增材制造市場機(jī)遇》報告中并未涵蓋 Mantle作為一家新創(chuàng)公司（報告鏈接：https://www.smartechanalysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/）。然而，毫無疑問，它將在通用工業(yè)和工具市場的增材制造中發(fā)揮越來越大的作用，預(yù)計到 2029 年總收入將達(dá)到 54.8 億美元。

技術(shù)介紹
塑料注塑成型是指在一定溫度下，通過螺桿攪拌完全熔融的塑料材料，用高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成型品的方法。該工藝始于20世紀(jì)20年代，已有近百年的發(fā)展歷史，是目前使用非常廣泛、非常成熟的工業(yè)制造技術(shù)。

但是制造這些鋼模是極其精確的工作，需要很長時間（多年）才能成為一名工具制造者。另外，培養(yǎng)一名合格的工具制造者，除了需要足夠的時間，還需要經(jīng)驗和相應(yīng)的設(shè)計能力。

還有一點，雖然注塑件可以快速制成數(shù)萬個，但是制造這種工具需要花費數(shù)周的時間。對于那些小型模具公司而言，通常需要六到八周或更久。尤其在全球供應(yīng)鏈中斷期間，有的甚至可以達(dá)到12周以上。因此，Mantle抓住這個3D打印模具市場前景。

△TrueShape技術(shù)可生產(chǎn)滿足工具制造商苛刻要求的精密部件

混合TrueShape技術(shù)的工藝流程包括：打印、銑削、燒結(jié)。

△TrueShape 3D打印工藝流程

如果更加細(xì)致的介紹，混合型TrueShape工藝可以分解為三個關(guān)鍵階段：首先是打印，系統(tǒng)使用一種專用的可流動金屬漿料3D打印出 "粗略的零件幾何形狀"。值得一提的是，每打印完一層，打印機(jī)會對該層進(jìn)行一次加熱烘烤。

△混合TrueShape技術(shù)原理視頻

與Markforged或Desktop Metal FFF 3D打印機(jī)使用的線材很相似，可流動金屬漿料在聚合物基體中加入了金屬顆粒。目前提供的漿料有兩種，包括：P2X，一種P20模具鋼類金屬，具有更好的耐腐蝕性和耐磨性。H13則是一種標(biāo)準(zhǔn)的H13模具鋼，可硬化至至少50洛氏C。

打印一部分之后，就使用集成在機(jī)床身上的高速銑刀頭進(jìn)一步成型。這一步可以提高了部件的尺寸精度，同時獲得高質(zhì)量的表面效果。

△銑削過程

最后，零件在熔爐中燒結(jié)，使聚合物從金屬顆粒中脫出，并將金屬燒結(jié)成一個致密的固體部件。

△脫脂燒結(jié)過程

△最終成品金屬件

在擺脫隱身模式之前，Mantle的技術(shù)已經(jīng)被一家不知名的全球家電制造商用于3D打印一種特殊的工具插件，實現(xiàn)了超過20萬個洗衣機(jī)零件的成型�，F(xiàn)在，使用Mantle的3D打印工具已經(jīng)生產(chǎn)了超過100萬個最終使用的零件。