DLP 3D打印模具镶件在复杂微观特征注塑件制造中的应用研究

在注塑生产中，可用于制造带有微观特征注塑件的方法有多种，但是其中多数方法只能够在平面或曲率恒定的曲面中实现微观特征。丹麦技术大学（DTU）的一个研究团队通过DLP 3D打印技术制造的注塑模具镶件，则能够实现在复杂表面上创建微观特征。这一技术在带有复杂微观特征的注塑件制造领域具有应用潜力，特别是在复杂塑料医疗器械、内植物制造领域具有应用潜力。

在自由曲面上创建微观特征
丹麦技术大学（DTU）发表了题为 “ A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars”的研究论文。在研究中他们使用了 “软工具工艺链” ，在复杂表面上创建三维微观特征。这种工艺其实是通过DLP 3D打印技术制造带有微表面特征的注塑模具镶件，并用一套3D打印镶件替代以往使用的钢模腔。

在研究过程中，研究团队用这种带有3D打印镶件的模具进行了PE 材料的注塑成型。

（a）左边两个为DLP 3D打印的镶件，它们形成模腔，最右边为注塑成型的PE零件；刻度尺上的单位是毫米，数字为厘米。 （b）扫描电子显微镜（SEM）图像中的镶件表面; （c）SEM图像中的PE零件表面。

研究团队表示，该技术与金属增材制造技术相比能够实现更高的精度，与基于CNC 加工的传统模具加工工艺相比，能够显著降低加工时间和成本。这种模具适合生产设计变化大，并且中等批量的塑料件（1000-10,000次循环）。此外这种模具可以生产标准商用注塑板，不需要使用特殊的注塑模板。

但是通过这种3D打印模具生产的零件表面质量有限，对此研究团队表示，可以通过化学方法对零件进行后处理，以改善其表面质量。注塑件的表面特征精度也是有限的，然而研究人员认为，对于制造带有复杂表面和具有微观特征的模具镶件来说，3D打印不失为一种经济高效的方法。

研究团队表示，由于这种DLP 3D打印模具镶件可以在自由曲面上创建微观特征，该方法在制造复杂微观特征的塑料医疗器械和植入器械领域具有应用潜力。

3D打印技术与注塑模具制造的结合主要包括两类：
一类是通过选区激光熔融金属3D打印技术制造随形冷却模具。传统加工技术在制造冷却通道时采用交叉钻孔方式，引导冷却材料的通道通常是直的，在模制部件中产生较慢的和不均匀的冷却效果。3D打印技术使冷却通道摆脱了交叉钻孔的限制，在设计模具冷却通道时，可以使冷却水路更靠近模具的冷却表面并带有平滑的角落，从而实现更快的流量，增加热量转移到冷却液的效率，最终带来更高质量的零件和较低的废品率。

3D打印与注塑模具的另一类结合是通过立体光固化（SLA）或Stratasys的Polyjet 3D打印技术直接制造注塑模具 / 镶件，该技术用于小批量注塑生产，通常是在产品的研发试制阶段作为一种小批量快速注塑生产的手段。例如，Wehl & Partner 公司通过SLA 3D打印设备和DSM Somos 的光敏树脂材料快速制造注塑模具，只需1-2周即可将注塑产品交付给客户。如果用于注塑的材料是聚丙烯，3D打印的塑料模具可生产上百件塑料产品，如果使用的注塑材料是玻璃纤维材料，每个模具大约可以生产40-50个产品。

但3D打印技术与注塑模具之间的关系不仅仅是应用结合，在某种程度上两者还呈现出替代竞争的关系。根据3D科学谷的市场观察，塑料3D打印技术正在直逼注塑技术，在塑料件中小批量直接制造领域发挥着日益重要的作用。Stratasys 研发实验室孵化出来的Evolve Additive 公司推出的3D打印技术就是其中一种典型的塑料件生产技术，近期，Evolve 向某家拥有标志性品牌的大型制造公司交付了3D打印设备，该设备采用选择性热塑性电子照相过程（STEP）的技术， Evolve 声称这个过程比市场上现有的高速粘合剂喷射（如HP的Multi Jet Fusion或Xaar的高速烧结）3D打印技术还要至少快一个数量级，在用于中短批量工程塑料件生产时，每件的成本低于传统注塑成本。

来源：3D科学谷