3DP喷墨金属3D打印在鞋模生产制程的应用，东莞原力无限与武汉易制科技合作

导读：高速低成本的金属3D打印技术，将会如何影响传统制造业？鞋业、模具、铸造产业将可能发生变革。

“我们工厂是在珠三角做铸造，听说到这个高速低成本的金属3D打印技术，我们深深感受到危机——铸造产业链的环保问题、年轻人不愿意干这一行的问题，好像都突然被解决了。要是这技术真发展起来，我们岂不是毫无招架之力？”某铸造厂厂长感叹。

2019年8月25日，武汉易制科技隆重发布了粘合剂微滴喷射金属3D打印机、宣布彩色3DP 3D打印技术开源。南极熊3D打印网作为战略合作媒体见证了这个对于国内甚至国际来说，都具有重要意义的发布会。


发布会上，这款微滴喷射金属3D打印机合作方东莞原力无限打印科技有限公司总经理周隧新，对本产品应用于鞋模生产制程中的经验分享，道出了大量产业化应用的问题和思路，非常具有价值。值得所有3D打印人士参考。


△东莞原力无线打印这个名字，南极熊也是第一次听说，可见他们一直都比较低调。他们致力于把3D打印技术在制造领域、特别是体育产业的应用和推广。包含3DP、SLA、DLP等技术的应用。


△2016年初，原力无线董事长龙树初3D金属打印鞋模，然后和易制科技经过长达6个月的评估，项目正式启动。2017年中，龙树初便提出要按照鞋产线的要求，全套打印，逐步代替铸造模。


△在鞋模行业，有着自己的特点：

• 品种多、数量少，一款鞋子，不同鞋码、左右脚，就使得鞋模的需求量比较大。
• 鞋底尺寸大（450*350*80mm），个体重（单个模具30kg）。
• 交货周期要求端（7-15天），效率要求高，成本要求低。
• 对花纹、品牌LOGO、套色等要求高。
  

△经过比较，在金属3D打印技术工艺中，对于鞋模行业来说，3DP金属打印有着明显的优势。


△3DP金属打印技术，与传统工艺在鞋模生产制程相比，通用铁模的话，只需要120小时完成，传统工艺则需要240小时左右，缩短一半。金钱成本差不多。
△全球范围内，在做微滴喷射技术的企业，有GE、HP、Exone、Destop Metal、Digital Metal、3DEO等。虽然国外厂商有不少已经走在前面，并且已经产品商业化。综合起来，还是和国内的易制科技合作最为合适。


△3DP金属打印中，有两种主材料：墨水和金属粉末。
其中

• 金属粉末：粒径5~50μm，类球形或树枝行，适度重复配合使用，价格低廉。目前主要是铁基和不锈钢粉末，铝合金粉末正在开发中。
• 喷墨墨水：是3DP金属打印的核心技术之一，把金属粉末粘结成型的材料组分。按照固化机理可以分为光固化墨水和热固化墨水；按照主体粘结剂种类可以分为聚合物粘结剂和金属熔融粘结剂。
  

△作为核心技术之一，3DP金属打印墨水有几个重要特征：
①具有通用喷墨墨水的性能，顺利实现高分辨率快速喷印；
②具有层间粘合性能，可以实现一定强度的生胚成型；
③匹配脱脂烧结工艺，可升华蒸发掉，剩下最终金属零部件。
原力无限根据不同的场景需求，开发不同的墨水。


△包括聚合物粘结剂和纳米金属熔融粘结剂。其中纳米金属熔融粘结剂在烧结后，剩下金属颗粒成分，结合到打印件中，使得烧结件收缩率可以变小，减少变形。

△在3DP金属3D打印成型过程中，鞋模3D文件的摆放角度和位置，也非常重要。倾斜一定的角度可以平衡各面的效果。


△在3DP金属3D打印成型过程中，不同的墨量粘结剂和金属粉末的粒径、打印设置的分辨率、成型后的生胚强度和致密度都有重要的影响，并且呈现出强相关性。


△在3DP金属3D打印成型过程中，铺粉速度和转速，对致密度有影响。

△在3DP金属3D打印成型过程中，粘结剂单层的固化度，影响生胚的强度和致密度。

△在3DP金属3D打印成型过程中，由于墨水可能会发生固化，加上扬尘，从而发生堵头，造成打印失败。所以喷头自动清洁很重要。

虽然说已经投入了大量的人物物力财力去研发，但目前3DP金属3D打印技术应用于鞋模行业，还存在不少挑战。


△精细结构打印要求高，例如品牌LOGO、直角等形状，不够精确。


△多色模具。具有悬臂结构或者三层以上高精度合模，对打印成型和烧结过程，都带来严重挑战。


△后处理设备，需要适合鞋模的特点。各大品牌的烧结炉，难以满足鞋模需求，需要自行设计和定制，工艺也得自己摸索。南极熊认为，这部分的研发成本将会非常高。


△目前3DP金属3D打印的表面精度和光洁度，还是不够。


截止2019年8月，原力无限已经和易制科技合作了3年，已经积累了大量的技术和经验。未来此路值得继续努力下去。

“总体上，对鞋厂，3DP金属打印鞋模目前至少有两点意义：一是加快开模速度，大幅缩短样品、产品的交期；二是符合品牌环保要求。”周隧新总经理向南极熊表示。