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第一時間接收汽車及模具行業(yè)最前沿技術及最新動態(tài) 打造汽車內(nèi)外飾及模具人都愛看的行業(yè)公眾號品牌 近年來，汽車內(nèi)外飾注塑件正日益向壁厚更薄、結構更復雜、強度要求更高及外觀更精美的方向發(fā)展，從而使傳統(tǒng)的運水加工技術難以適應這一發(fā)展要求，因為它極大地限制了設計人員的開發(fā)思路，使得新的設計創(chuàng)意難以得到實現(xiàn)。以下干貨分享來自銀寶山新，主要闡述3D打印技術在汽車模具中的先進應用，一起來看看吧。 深圳市銀寶山新科技股份有限公司深圳市銀寶山新科技股份有限公司（簡稱“銀寶山新”，股票代碼：002786），是一家以大型精密模具為核心，集汽車模具及零部件、智能制造服務、熱流道控制系統(tǒng)、工業(yè)設計為一體的全球化一站式制造服務供應商。是中國模具工業(yè)178家重點骨干企業(yè)之一，在中國沿海主要城市設有8個制造基地，在全球五大洲17個國家和地區(qū)設有技術工廠及服務據(jù)點。 公司占地面積逾5萬平方米，產(chǎn)品涉及汽車、通訊、醫(yī)療、家用電器等行業(yè)。作為國家高新技術企業(yè)和中國重點骨干模具企業(yè)，銀寶山新服務的品牌主要有福特FORD、寶馬BMW、雷諾RENAULT、奔馳BENZ等著名汽車生產(chǎn)商，華為、思科Cisco等全球領先的通信設備制造商及TCL、DEK、ABB、GE等世界知名企業(yè)。 公司擁有主要汽車注塑模具以及方向盤等鑄造類模具的研發(fā)、設計、制造經(jīng)驗，在汽車保險杠、翼子板、儀表板、門板、 前端模塊、進氣格柵、方向盤、安全氣囊蓋等汽車內(nèi)外飾件和功能件模具方面積累了大量生產(chǎn)案例。 我們專注于大型精密注塑模具的開發(fā)、制造及其精密結構件成型生產(chǎn)；以精湛的模具制造技術、國際化的項目管理體系、嚴謹?shù)倪^程質量管理、高效的全球服務網(wǎng)絡，為汽車和通訊領域的國際品牌客戶提供整體制造裝備方案； 并通過整合富于創(chuàng)意的產(chǎn)品設計和貼近客戶的制造基地為客戶提供精密結構件的設計、制造和現(xiàn)地交付的一體化制造解決方案。 我們在國內(nèi)北上廣三大經(jīng)濟圈擁有7個制造基地，在全球5大洲16個國家和地區(qū)設有工程開發(fā)和技術服務工廠，建成了基于中國制造-全球交付的具備國際競爭力的完善制造服務平臺。 我們堅持深耕模具行業(yè)，積極推進業(yè)務國際化，致力為高端制造業(yè)走出去的國家戰(zhàn)略做出踏實而持久的貢獻。 隨著3D打印技術的快速發(fā)展，國內(nèi)外在成型制造應用、打印材料開發(fā)及工藝方面都取得了很大進步，金屬3D打印技術在航空、航天及醫(yī)療等尖端領域方面得到了廣泛應用。目前國內(nèi)利用激光3D打印技術直接快速制造模具尚未在企業(yè)中實現(xiàn)規(guī)模應用，但已有少數(shù)企業(yè)在嘗試使用3D打印技術打印模具零件，實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法加工的內(nèi)部復雜的隨形冷卻水道（見圖1），以提高精密模具的冷卻均勻性和效率。 圖1 3D打印零件及其內(nèi)部隨形冷卻水道 3D打印工藝技術能夠大幅度提高模具零件性能和延長模具使用壽命，是模具制造技術的突破點。利用3D打印技術制造的模具的主要技術優(yōu)勢體現(xiàn)在2個方面：合理高效的冷卻以及靈活的排氣設計。 壹 合理高效的冷卻 利用3D打印技術設計制造冷卻水道時有以下優(yōu)點：①可不受塑件形狀影響，任意構筑3D隨形冷卻水道；②無冷卻盲區(qū)，縮短注射成型周期；③模具溫度均勻，減少塑件變形量，提高塑件成型質量。 1 移動電源3D打印隨形冷卻水道設計 以移動電源的塑件為例，塑件外形尺寸67mm×23mm×130mm，材料為PC。動模鑲件尺寸172.26mm×62.2mm×23mm，材料為1.2709金屬粉末，硬度為52~54HRC，模具采用1模2腔結構，如圖4（a）所示。 （a）進料 （b）3D打印零件 （c）零件 （d）隨形冷卻水道與模具上的位置關系 圖4 3D打印在塑件成型過程中的應用 為保證塑件表面質量，澆口設在塑件內(nèi)部邊緣處，受塑件尺寸及進料方式的約束，傳統(tǒng)的冷卻方式（冷卻水道從塑件的內(nèi)部通過）無法實現(xiàn)更好的冷卻，冷卻效果差。利用3D打印技術打印模具零件及隨形冷卻水道進行生產(chǎn)，塑件的冷卻效果明顯改善，3D打印在塑件成型過程中的應用情況如圖4所示。 （a）3D打印工藝
（b）傳統(tǒng)工藝 圖5 3D打印工藝與傳統(tǒng)工藝的冷卻系統(tǒng)設計對比 圖5為3D打印工藝的隨形冷卻水道與傳統(tǒng)工藝冷卻水道的模擬冷卻效果對比，從圖5可以看出，采用傳統(tǒng)工藝冷卻水道冷卻時塑件澆口附近存在高溫區(qū)，3D打印設計隨形冷卻水道的應用明顯改善塑件注射成型時冷卻的局部高溫，有效改善模具的冷卻效果。
表3為3D打印工藝隨形冷卻水道與傳統(tǒng)工藝冷卻水道注射成型效果對比，與傳統(tǒng)冷卻水道工藝相比，3D打印隨形冷卻水道的應用使得冷卻時間由12s縮短至9s，成型周期由25s縮短至21s，最終塑件的變形量由0.17mm降至0.03mm，塑件成型質量提高。 2 汽車手套箱模具鑲件隨形水路設計 圖6（a）為汽車手套箱塑件結構及3D打印隨形冷卻水道鑲件的位置關系，塑件外形尺寸480mm×340mm×250mm，材料為ABS/PC，注射成型時模具溫度為75~85℃。根據(jù)塑件結構分析，塑件側面存在多條加強筋，且兩端比較密集，按照傳統(tǒng)的冷卻水道布置，冷卻效果如圖6（b）所示，從圖6（b）可以看出塑件的冷卻均勻性差，塑件表面溫度為73~118.6℃，兩端的溫度高于中間部分的約40℃，容易造成塑件翹曲變形。
（a）鑲件與塑件的位置關系
（b）傳統(tǒng)工藝冷卻水道冷卻效果
（c）3D打印隨形冷卻水道冷卻效果 圖6 汽車手套箱冷卻系統(tǒng)設計 針對這一情況，設計如圖6（a）所示的隨形冷卻水道，冷卻模擬效果如圖6（c）所示，塑件表面溫度為57.6~67.8℃，整個塑件表面溫度均勻，冷卻效果良好。
（a）鑲件及安裝在塑件上的位置
（b）隨形冷卻水道設計
（c）3D打印模具鑲件 圖7 隨形水道在鑲件上的應用 另一款汽車手套箱鑲件安裝在塑件上的位置如圖7（a）所示，塑件外形尺寸523mm×310mm×317mm，材料為：ABS/PC，注射成型時模具溫度為75~85℃。利用3D打印的隨形冷卻水道如圖7（b）所示，打印完成的隨形冷卻水道模具鑲件如圖7（c），鑲件尺寸為172.26mm×62.2mm×23mm，材料為1.2709金屬粉末，硬度為52~54HRC。
（a）隨形水道
（b）傳統(tǒng)水道（鈹銅材料）
（c）傳統(tǒng)水道（模具鋼材料） 圖8 3種工藝冷卻效果對比 圖8為側面加強筋處3種不同冷卻方式的冷卻模擬結果，由圖8（a）可知，采用隨形冷卻水道冷卻的塑件，表面溫度為59.34~76.4℃，表面溫度均勻，成型效果良好。圖8（b）為傳統(tǒng)冷卻方式（鈹銅材料）的冷卻模擬結果，塑件表面溫度為65.81~78.45℃，表面溫度均勻，但是采用鈹銅材料作為冷卻介質的塑件表面會產(chǎn)生痕跡，不適用于外觀表面要求嚴格的塑件生產(chǎn)。圖8（c）為傳統(tǒng)冷卻水道（模具鋼材料）的冷卻模擬結果，塑件表面溫度為82.35~106.8℃，塑件溫差大，容易造成翹曲變形，影響塑件外觀質量，同時塑件成型周期長，不符合塑件生產(chǎn)要求。 貳 排氣設計 利用3D打印技術設計制造的排氣系統(tǒng)有2大優(yōu)勢：①可任意構筑材料內(nèi)部氣孔，應用于模具內(nèi)部排氣和氣輔成型；②氣孔與水道可自由交錯設計，互不干涉。
（a）汽車門板CAE氣泡分布
（b）冷卻水道與排氣系統(tǒng)設計
（c）鑲件底部3D打印效果 圖9 3D打印冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)設計 以汽車門板喇叭網(wǎng)孔位的排氣系統(tǒng)設計為例，汽車門板CAE氣泡分布如圖9（a）所示，常規(guī)排氣系統(tǒng)的設計方法是推桿（塑件推出）+水道（塑件冷卻）+鑲針（用于排氣），為滿足塑件的成型質量要求及合理的注射生產(chǎn)周期，排氣系統(tǒng)通常需要經(jīng)過多次試模確定。運用3D打印技術，可實現(xiàn)冷卻水道和排氣系統(tǒng)共存，達到最佳的注射成型效果，得到良好的塑件外觀質量。 汽車門板喇叭網(wǎng)孔位的冷卻水道和排氣系統(tǒng)的設計如圖9（b）所示，打印時，通過工藝參數(shù)的設置，在模具零件成型喇叭網(wǎng)孔區(qū)域的一定厚度上降低材料打印的致密度，在鑲件底部形成透氣微孔，型腔填充成型時氣體由鑲件底部的透氣微孔匯集到鑲件排氣孔處，通過排氣孔排出，經(jīng)驗證3D打印設計的鑲件的排氣效果與透氣鋼的排氣效果一致，鑲件底部的3D打印效果如圖9（c）所示。 3D打印工藝有整體式和嫁接式2種，整體式加工是指直接在基板上進行激光燒結，完成之后進行分割。嫁接式加工是指通過傳統(tǒng)工藝加工好基座，把基座固定在基板上，再在基座上進行激光燒結，嫁接式加工工藝在成本上更具優(yōu)勢。目前3D打印在模具制造中主要應用于一些結構復雜的模具零件，如型腔板、型芯等的制造，其中應用于打印隨形冷卻水道的較多，主要應用于：局部高溫區(qū)域如噴嘴、熱嘴等，薄形零件，特殊結構零件如斜頂塊鑲件和頂塊鑲件的冷卻。
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▍內(nèi)容來源：《模具工業(yè)》2017年第3期 |
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