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注射成型

注射成型

注塑成型是一种经济高效的工艺，可用于批量生产公差严格的相同部件。传统的注塑成型使用金属制成的模具，并通过 CNC 加工或电火花加工进行加工，需要专用设备、高端软件和熟练工人。

3D 打印使用户能够制造注塑模具，用于原型制造和小批量生产，与金属模具相比大大降低了成本和时间，同时仍能生产出高质量和可重复的部件。SLA 打印部件具有光滑的表面光洁度、高精度，并通过化学键合实现致密性和各向同性。

3D 打印模具支持多种热塑性塑料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯 (ASA)、聚酰胺 (PA)、聚碳酸酯 (PC)、聚乙烯 (PE)、聚甲醛 (POM)、聚丙烯 (PP)、热塑性弹性体 (TPE) 和热塑性聚氨酯 (TPU)。低粘度材料有助于降低压力并延长模具的使用寿命。

  • 聚丙烯、聚乙烯和热塑性弹性体在数百个周期内易于加工。
  • 聚酰胺或聚碳酸酯等技术性更强的塑料支持的运行次数较少。
  • 热塑性聚氨酯可能会粘附在打印模具上。使用脱模剂帮助将部件从模具中分离。

Formlabs 推荐材料

Rigid 10K Resin 是一种工业级高含硅材料，是适用于各种几何形状和注塑工艺条件的理想成型材料。

Rigid 10K Resin 具有 218°[email protected] 的热变形温度 (HDT) 和 10000MPa 的拉伸模量，是一种坚固、极其坚硬且热稳定的成型材料，可在压力和温度下保持形状，从而生产出精确的部件。

使用 Rigid 10K Resin 打印的注塑模具及成品部件

另外，High Temp Resin 也适用于注塑模具。High Temp Resin 的 HDT（@0.45MPa）为 238°C，是 Formlabs 树脂中最高的，因此能够承受更高的成型温度，在薄壁和精细细节方面的性能更佳。然而，与 Rigid 10K Resin 打印的模具相比，High Temp Resin 打印的模具更脆，在压力下更容易破裂。

Grey Pro Resin 是第三种选择，仅适用于小型和少量部件。如果压力和温度较低，成型件的尺寸精度要求也并不严苛，则应选择该材料。使用 Grey Pro Resin 制作的模具在断裂前会弯曲，随着模具的使用，精度会逐渐降低。

总结可见下表，其中星号越多表示相应条件下的性能越好。

标准Rigid 10K ResinHigh Temp ResinGrey Pro Resin
高成型温度和压力* * ** * **
高循环次数* * ***
薄壁* ** * **
降低树脂成本** ** * *

设计注意事项

在为注塑成型设计打印部件时，请遵循 Formlabs 的增材制造最佳实践以及注塑模具设计的一般规则。

一般指导原则：

  • 设计部件时应有 3° 至 5° 的拔模角度
  • 保持部件的壁厚均匀
  • 圆角边缘
  • 在模具上预留余量（最小 0.5mm），并通过后处理调整尺寸。

Formlabs 建议在生产前打印一套模具，以了解尺寸偏差。编辑 CAD 模型，以考虑模具设计中的这些偏差。

延长模具使用寿命：

  1. 开浇口以减少模腔内部压力。
  2. 堆叠的一侧设计为平面，另一侧则为设计面。这样可以减少模具夹紧时的错位机会，降低溢料风险。
  3. 从型腔边缘到模具边缘设置大型通气口（0.05mm 深），以便更好地流入模具，减少压力，并减轻浇口区域的溢料，从而缩短周期时间。
  4. 避免薄截面：表面厚度小于 1－2mm 的部件可能会因受热而变形。
  5. 设置冷却通道以监测工具温度。
延长模具使用寿命的设计注意事项。

优化打印件：

  1. 增加倒角有助于从构建平台上取下工件。
  2. 构建装配特征或在拐角位置添加定心销。
优化打印的设计注意事项。
  1. 减少不支撑型腔区域的横截面，以节省材料成本并降低打印失败或翘曲的风险。
减少横截面。

打印注意事项

遵循 Formlabs 的模型定向最佳实践，避免在成型表面打印支撑。如果几何结构允许，可直接在构建平台上的边缘上打印扁平模具，以减少翘曲。不使用支撑结构还可以节省打印时间、减少人工操作并节约树脂。选择可以最大程度上减少悬垂结构的基本面。

  • 打印模具的两个半部时，应根据成型方向进行对齐。潜在的尺寸变化将更加一致，从而提高分型线的质量。
  • 支撑所有无悬垂结构的模芯，特别是小尺寸模芯。
  • 以 25－50µm 的打印层高进行打印，以确保尺寸精度和塑料部件从模具中顺利脱模。
  • 打印多个模芯以防断裂。使用可互换的叠模进行新的循环，同时冷却其他组模具，以减少冷却时间，补偿塑料模具导热率低的不足。

后处理注意事项

遵循 Formlabs 关于清洗和后固化打印件的最佳做法。有关具体的清洗和固化说明，请参阅各个 材料文档。

  • 完成打印模具，以满足直径和外表面等关键尺寸要求。
  • 使用桌面级研磨机、钻机或手动打磨，有助于将两个半模配合在一起，避免溢料。
  • 对于较薄的悬垂部件，请使用带有金属嵌件的 3D 打印型芯，以防止断裂。

为了延长 3D 打印模具的使用寿命，Formlabs 建议：

  • 降低夹紧力。
  • 保持较低的注塑压力和速度，特别是在初期。逐步增加注塑参数。
  • 将工具温度保持在 60°C 以下。加快冷却速度：
    • 让环境空气冷却模具。
    • 使用压缩空气冷却模具。
    • 在设计中加入冷却通道。
  • 可以对部分热塑性工艺件使用脱模剂。脱模剂广泛可用 硅树脂脱模剂与 Grey Pro Resin、High Temp Resin 和 Rigid 10K Resin 兼容 树脂。

最终用途建议和限制

3D 打印是快速经济地制造注塑模具的有力解决方案。特别推荐用于：

  • 后期功能原型开发，使用最终材料
  • 产品验证
  • 小批量生产

尽管 3D 打印模具在适当使用时可以提供优势，但仍然存在局限性。3D 打印聚合物模具的性能能力与机械加工金属模具不同。一些局限性包括：

  • 尺寸精度
  • 冷却时间较长
  • 打印模具在热和压力下更脆弱
  • 部件与模具的粘附性会导致模具在取出过程中变质

其他资源