3 Dプリンターを従来の金型を代替するか?
2021.10.16
近年、工業4.0の発展に伴い、中国の製造業は「製造」から「智造」への発展速度がますます速くなり、3Dプリンター技術はすでに中国の製造業において広く運用され、3Dプリンターは金型設計と製造に効率的で低コストのサポートを提供することができる。さらに、3Dプリンター技術の急速な発展に伴い、一部の分野では、金型技術を覆し始め、直接競争関係を形成している。「3Dプリンター技術に比べて、従来の金型製造にはより多くのステップとプロセスが必要であり、金型生産サイクルがより長い。金型メーカーが新製品を発売する際、発売前に、新製品は厳しい国際基準と認証を通過しなければならないが、多くの部品の認証には時間がかかる。これにより、新製品は市場を占める時間において非常に不利な位置にある。3Dプリンター射出成形金型は効率的なソリューションです。有名なメーカーの成形しやすいのはこのようにして、彼らの開放的な実験室の中で、3Dプリンター技術を利用して射出成形金型を製造します。」国際型協事務総長の羅百輝氏によると、通常、1つの金型を生産するには数週間から2ヶ月かかるが、3Dプリンター技術を使用すると数時間以内に金型の原型を完成することができ、テスト結果に基づいて直ちに修正することができる。次いでzuiの最終製品サンプルを射出成形した。これらの製品サンプルは直接認証を送信することができ、この場合、従来の金型製造はまだ生産中である可能性があり、金型が最終的に確定する前に、3Dプリンター製品は認証を通過し、開発サイクルを大幅に短縮した。金型製造サイクルのみにおいて、3Dプリンター技術は従来の金型製造に一定の衝撃を与えている。
業界の専門家によると、3Dプリンター技術は生産サイクルが短く、原料が便利で、製品の圧力が均一であるなど多くの利点があるが、3Dプリンター技術は従来の金型製造方法に完全に取って代わることができない。これは、3Dプリンター技術が生産製造過程でいくつかの問題があるからだ。例えば、3Dプリンター技術は、金型の生産サイクルを短縮するとともに、金型表面に段差効果をもたらす層毎に加工された製品である。直接印刷された金型にも同様の問題があり、後期にはこれらの細い歯状の縁を除去するために機械加工またはサンドブラストが必要である。また、1 mm未満の穴は必ずドリルし、より大きな穴は拡大穴またはドリル穴を必要とし、ねじの特徴はタップまたはミリングを必要とし、これらの二次処理は3Dプリンター金型の速度優位性を大きく弱める。
同時に、材料の流動性能が良好であることを保証するために、射出成形金型は非常に高い温度に加熱する必要がある。アルミニウム型および鋼型は、通常、PEEKおよびPEI材料のような高温プラスチックを加工する場合、500 F(260℃)以上の温度環境を経る。金属材質の金型で数千個の部品を生産するのは簡単で、zui最終量産金型が出る前に移行金型としても使用できます。一方、3Dプリンター技術を用いて製造される金型材料は、一般に、紫外光またはレーザ光によって硬化する感光性または熱硬化性樹脂である。これらのプラスチック金型は比較的硬いが,射出成形の熱サイクル条件下での損傷は非常に迅速である。実際、3Dプリンター型は、温和な環境下では、ポリエチレンやスチレンなどの高温プラスチックの使用100回以内に失効することが多い。ガラスにポリカーボネートと耐高温プラスチックを充填し、いくつかの部品しか生産できない。
また、3Dプリンター金型の使用の大きな原因は、そのコストが低いことである。生産レベルの機械加工金型のコストは一般的に20000ドル以上であり、1000ドルの印刷金型と同類であることを意味する。しかし、この類比は公平ではなく、印刷金型の陳本の評価は通常、材料の消費だけを考慮し、人工、組立と設置、噴射システム、金属器具を考慮していない。例えばProtoLabsdのアルミニウム金型は1500ドルで生産に使用できます。より多くの部品を生産する必要がある場合は、3Dプリンター金型を採用し、50~100個の製品を生産するごとに、新しい金型を再印刷、組立機でテストする必要があります。一方、アルミニウム金型は、使用されるプラスチックを考慮せずに、通常、10000個の部品を製造した後も良好に使用される。従って、生産コストにおいて、3Dプリンターは従来の金型製造方法よりもコストを節約することはできない。
また、製品設計において、従来の射出成形金型の製造の原則と実践はすでに1世紀を超える歴史があり、業界はその研究を比較的に透徹しており、例えば、抜き型の斜角は5度以上で、アルミニウム型の大部分の要求を満たす必要がある。3Dプリンター金型射出成形プラスチック部品は課題に直面しており、プラスチック金型のトップピンの数と取り付け位置には追加の注意が必要である。キャビティの壁厚を増加させ、圧力を低下させる点で、3Dプリンター型(特に高射出成形温度)は、ある程度より柔軟である。ゲートの設計も異なり、トンネル式と点状のゲートの使用は避けるべきである。直接ゲート、扇形ゲート、翼形ゲートは通常の寸法の3倍に増やすべきである。印刷金型内のポリマーの流れ方向は3Dプリンターラインと一致し、ヒステリシスや低圧による高充填を避けるべきである。冷却システムは金型の寿命をある程度向上させることができるが、3Dプリンター金型の放熱能力はアルミニウム型や鋼型ほどよくないため、印刷金型のサイクル回数を著しく低下させることはない。
以上、3Dプリンター技術は従来の金型製造業の地位に完全に取って代わるものではない。3Dプリンター金型は、完成品の品質、製品コスト、金型設計において、従来の金型製造に比べて、まだ一定の不足があるからである。また、3Dプリンターも量産には適さず、1件と1万件のコスト単価がほぼ近いうえ、3Dプリンターに要する時間も長い。現在の3Dプリンター技術は小ロット生産サイクルに緊張した金型生産しか要求できず、大量生産は伝統的な金型製造を主としている。
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