3D打印給模具行業帶來的“喜”與“憂”(2)
最后,有時經常會出現生產開始后還要修改模具的情況。3D打印的靈活性使工程師能夠同時嘗試無數次的迭代,并可以減少因模具設計修改引起的前期成本。
3)模具設計的改進為終端產品增加了更多的功能性。
通常,金屬3D打印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結構并能產生完全致密的打印部件,與那些鍛造或鑄造的材料(取決于熱處理和測試方向)相比其機械和物理性能一樣或更好。增材制造為工程師帶來了無限的選擇以改進模具的設計。當目標部件由幾個子部件組成時,3D打印具有整合設計,并減少零部件數量的能力。這樣就簡化了產品組裝過程,并減少了公差。
此外,它能夠整合復雜的產品功能,使高功能性的終端產品制造速度更快、產品德缺陷更少。例如,注塑件的總體質量要受到注入材料和流經工裝夾具的冷卻流體之間熱傳遞狀況的影響。 如果用傳統技術來制造的話,引導冷卻材料的通道通常是直的,從而在模制部件中產生較慢的和不均勻的冷卻效果。
而3D打印可以實現任意形狀的冷卻通道,以確保實現隨形的冷卻,更加優化且均勻,最終導致更高質量的零件和較低的廢品率。此外,更快的除熱顯著減少了注塑的周期,因為一般來說冷卻時間最高可占整個注塑周期的70%。
4)優化工具更符合人體工學和提升最低性能
3D打印降低了驗證新工具(它能夠解決在制造過程中未能滿足的需求)的門檻,從而能夠在制造中投入更多移動夾具和固定夾具。傳統上,由于重新設計和制造它們需要相當的費用和精力,所以工具的設計和相應的裝置總是盡可能地使用更長的時間。隨著3D打印技術的應用,企業可以隨時對任何工具進行翻新,而不僅限于那些已經報廢和不符合要求的工具。
由于需要很小的時間和初始成本,3D打印使得對工具進行優化以獲得更好的邊際性能變得更加經濟。于是技術人員可以在設計的時候更多地考慮人體工學,以提高其操作舒適性、減少處理時間,以及更加方便易用易于儲存。雖然這樣做有可能只是減少了幾秒鐘的裝配操作時間,但是架不住積少成多。此外優化工具設計,也可以減少零件的廢品率。
5)定制模具幫助實現最終產品的定制化
更短的生產周期、制造更為復雜幾何形狀、以及降低最終制造成本的能力,使得企業能夠制造大量的個性化工具來支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制化生產,比如醫療設備和醫療行業。它能夠為外科醫生提供3D打印的個性化器械,如外科手術導板和工具,使他們能夠改善手術效果,減少手術時間。
那么3D打印會取代模具制造業嗎?
據前瞻產業研究院發布的《2015-2020年中國3D打印產業市場需求與投資潛力分析報告》,2010年時全球3D打印產業的市場規模接近13.25億美元,2011年這一數字增長至17.14億美元,但到2013年這一數字直接飆升至40億美元,同比2012年的22.04億上漲了81.49%。
面對3D打印行業發展趨勢,不少人擔憂3D打印將直接取代模具制造業。相比于3D打印來說,模具制造的工藝流程需要經過審圖、模架加工、模芯加工、電極加工、模具零件加工、檢驗裝備、飛模之后才能進行生產,工藝流程要復雜的多。而3D打印經過建模軟件建模后,再截圖“切片”給打印機讀取橫截圖信息即可進行打印生產。
不過也有業內人士表示,在3D打印尚出于初步階段,對于壓鑄模和壓鑄件的模具企業來說,尚未構成威脅。前瞻產業研究院分析師孫海紅認為,目前的3D打印技術并不適合批量生產,3D打印生產單件模型的成本和生產上萬件模具的成本基本相似,而傳統模具制造企業一旦規模化生產,就能顯現出優勢。
而且模具制造企業的生產時間要比3D打印的生產時間要少得多。盡管模具生產的前期準備比較多,但一旦萬事俱備,僅需幾秒鐘就可以生產出一個產品,但現階段的3D打印機卻需要3個小時乃至更長的時間才能生產出一件產品。所以,現階段3D打印很難在批量化生產環節中取代模具制造業。
不少企業家對于3D打印替代模具制造業的問題看得更為樂觀,雖然二者存在相似性,但未必一定是生死存亡的關系。未來3D打印技術成熟,反而可以為模具制造企業所用,企業利用3D打印技術生產低效益的產品,而將模具制造技術用于生產附加值高、精密制造的產品,比如航空航天器械和醫療器械,從而實現整個產業的轉型升級。
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