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3D打印會(huì)取代塑料注塑成型嗎？
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發(fā)表時(shí)間：2022-12-30 14:16:21
1. 塑料注射成型
高分子材料（塑料、橡膠、纖維）及其復(fù)合材料，在現(xiàn)代制造業(yè)各大領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。高分子材料的加工成型與傳統(tǒng)金屬材料不同：金屬以切削成形為主，高分子以模塑成型為主。
1.1 高分子材料加工成型的核心問(wèn)題：精度如何保障？
精密塑料制品是指具有嚴(yán)格的尺寸與形位公差和表面質(zhì)量精度要求的高端制品。汽車(chē)儀表盤(pán)、液晶屏導(dǎo)光板、醫(yī)療等塑料零部件由于具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，必須采成型用精密注射。
塑料加工成型過(guò)程中的比容積V、壓力P和溫度T之間的PVT特性關(guān)系，是模塑成型制品精度控制的科學(xué)基礎(chǔ)。首先，模腔尺寸與制品尺寸之差要由PVT關(guān)系確定；其次，充模成型過(guò)程中壓力P和溫度T的變化都會(huì)引起制品比容積V的變化；因此，只有準(zhǔn)確掌握材料的PVT三者之間的函數(shù)關(guān)系，才能有效地設(shè)定和控制成型工藝參數(shù)，以獲得滿(mǎn)足精度要求的制品。
1.2 怎么獲得準(zhǔn)確的PVT參數(shù)呢？
北京化工大學(xué)發(fā)明了一種高分子材料PVT關(guān)系在線測(cè)試儀，專(zhuān)利號(hào)：ZL200810227241.4。這種PVT在線測(cè)試方法和裝置，在測(cè)量原理和方法上創(chuàng)新采用薄壁錐桶形試樣取代圓柱體形試樣。與國(guó)外技術(shù)相比，具有兩大明顯優(yōu)勢(shì)：①反映比容積變化的位移量被放大20倍；②溫度和壓力變化響應(yīng)快、分布均勻。
1.3 塑料精密成型工藝新技術(shù)：可視化
過(guò)去塑料成型屬于暗箱操作，通過(guò)仿真模擬成型過(guò)程，但是仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相差較大。現(xiàn)在采用潛望式光反射成像模具，利用超高速攝像機(jī)剖析瞬間充填行為以及可視化光源，創(chuàng)建模塑成型可視化試驗(yàn)臺(tái)，觀測(cè)偏振光分析成型過(guò)程的應(yīng)力變化。研究者可以清楚的看到成型過(guò)程的具體變化情況，研究轉(zhuǎn)為明箱操作。可視化的新技術(shù)將大大推動(dòng)塑料成型技術(shù)的發(fā)展。
對(duì)于均勻壁厚矩形側(cè)向特征結(jié)構(gòu)腔熔體充填規(guī)律的研究就可以采用可視化的新技術(shù)研究方法。實(shí)驗(yàn)制品整體厚度為3mm，在矩形長(zhǎng)邊一側(cè)附帶厚度僅為1mm的小型矩形結(jié)構(gòu)。可視化結(jié)果表明，采用雙澆口形式造成明顯的熔接痕缺陷。由于側(cè)向特征結(jié)構(gòu)的存在，由靠近側(cè)向特征位置的澆口進(jìn)入型腔的熔體在遇到小矩形結(jié)構(gòu)時(shí)，熔體前鋒局部流動(dòng)速度降低，使前鋒充填形狀由正常的涌泉擴(kuò)散流動(dòng)變得不再對(duì)稱(chēng)。于是，兩股料流匯合時(shí)熔接線與熔體充填方向呈現(xiàn)夾角情形，夾角大小隨注塑成型工藝參數(shù)的調(diào)整而發(fā)生變化。
對(duì)于壁厚不均勻矩形型腔熔體充填規(guī)律的可視化研究，結(jié)果表明，對(duì)于兩邊厚中間薄的制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熔體流經(jīng)中間位置時(shí)流動(dòng)阻力較大，出現(xiàn)明顯遲滯現(xiàn)象。在熔體到達(dá)型腔末端時(shí)，由于熔體遲滯流動(dòng)形成的兩股料流最后相遇形成熔接痕缺陷。而由于熔體從澆口出來(lái)即進(jìn)入薄壁區(qū)域，澆口尺寸與制品型腔薄厚尺寸相差無(wú)幾，同時(shí)熔體進(jìn)入型腔后阻力增大，使得充填過(guò)程不容易產(chǎn)生噴射現(xiàn)象。
2. 3D打印技術(shù)
3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。
3D打印在醫(yī)療、汽車(chē)、蠟像館、珠寶、鞋類(lèi)設(shè)計(jì)等行業(yè)應(yīng)用廣泛。
3 為什么3D打印不能取代塑料注射成型？
3D打印是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，那么，為什么3D打印不能取代塑料注射成型？
對(duì)于塑料注塑成型，流道部分占物件總體積90%，一般用于大批量的簡(jiǎn)單制品，生產(chǎn)效率高。但是，3D打印是采用逐層打印的方式構(gòu)造物體，加工難度較大，成型效率較低，一般用于精細(xì)制品的制作。另外，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)精度高，但是對(duì)粉末或者溶液要求非常高，且耗材極其昂貴。因此，從材料和時(shí)間、成本來(lái)看，3D打印只是一種新的成型技術(shù)，但是不可能取代塑料注塑成型。
在3D打印機(jī)上制作出來(lái)的注塑模具可取代用于短期產(chǎn)品和原型件。3D打印模具被用于生產(chǎn)原型件時(shí)，有助于找出設(shè)計(jì)問(wèn)題，避免耗費(fèi)大量資金制作設(shè)計(jì)不完善的鋁制或鋼制模具。
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