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

2023年11月13日，南極熊獲悉，美國(guó)傳統(tǒng)復(fù)合材料浴室制造商Lyons Industries表示，為了盡可能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化，該公司已經(jīng)購(gòu)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(duì)勞動(dòng)力短缺問題，Lyons一直在逐步推進(jìn)自動(dòng)化流程，以取代生產(chǎn)復(fù)合浴缸采用的傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型噴涂流程

拓展自動(dòng)化流程應(yīng)對(duì)勞動(dòng)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(yíng)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?cè)诳鞠渲屑訜嵋粔K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(jī)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(duì)自動(dòng)化的依賴，以解決勞動(dòng)力短缺的問題，同時(shí)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(dòng)推車移動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)器人裝載機(jī)（用于將零件從一個(gè)站點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)站點(diǎn)）、兩個(gè)玻璃纖維噴涂機(jī)器人、機(jī)器人水射流切割機(jī)，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(jī)。

Lyons表示，創(chuàng)建工具和支撐夾具是該流程中耗時(shí)最長(zhǎng)、勞動(dòng)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(jì)和制造模具

大尺寸復(fù)合材料模具3D打印機(jī)MASSIVIT 10000

Lyons最終決定購(gòu)買Massivit 10000系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過四個(gè)步驟運(yùn)行。首先，根據(jù)最初的CAD設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)打印頭打印模具或固定裝置：第一個(gè)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(gè)打印頭以高強(qiáng)度打印實(shí)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(gè)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(guó)印第安納州埃爾克哈特）的工廠，該工廠多年來一直為L(zhǎng)yons Industries制造模具。Lyons補(bǔ)充道，自動(dòng)化并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的一次性投資：“你不能只安裝3D打印機(jī)、機(jī)器人或鋸子。你還需要升級(jí)電氣系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)算機(jī)和軟件。這是一個(gè)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(yùn)營(yíng)。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(zhǎng)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(diǎn)，我們就開始制作我們的第一個(gè)浴缸支撐裝置，它也長(zhǎng)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(shí)的一些考慮。首先，相對(duì)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(shí)，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(gè)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(shí)會(huì)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(bǔ)充道：“這是模具制造的一個(gè)顯而易見的解決方案，因?yàn)槟銦o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(qiáng)調(diào)：“原本需要16周時(shí)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(duì)于我們的員工來說，這是一個(gè)更簡(jiǎn)單的過程�！�