可直接用于注塑模具的3D打印材料之比較

魔猴君  魔猴動態(tài)   1516天前

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隨著3D打印工藝的不斷進(jìn)步，3D打印材料性能也不斷提高，所產(chǎn)生3D打印產(chǎn)品功能也得到不斷增強，使用3D打印制造最終用途工具（End Parts）變得越來越普遍。魔猴網(wǎng)最近推出了Somos PerForm納米陶瓷樹脂材料，借這個機會，今天我們?nèi)娼榻B一下目前兩種可直接用于注塑模具的3D打印材料，這兩種材料可以應(yīng)用于“低速注塑” 模具這一特定領(lǐng)域，這兩種材料魔猴網(wǎng)也都提供3D打印服務(wù)。

適用場景

注塑成型對3D打印材料來說是一項極高要求的應(yīng)用，因為模具必須承受高溫下的加工承力并在多次運行中保持其尺寸精度。3D打印的注塑模具最適合的應(yīng)用場景包括：

* 產(chǎn)品周轉(zhuǎn)周期很快（1-2周而不是5-7周）。

* 產(chǎn)品的產(chǎn)量低（50-100個零件）。

* 還未完全定型，將來可能發(fā)生更改或迭代模具設(shè)計。

* 相對較小產(chǎn)品（小于150毫米）。

材料要求

能夠適用于制造注塑模具的3D打印材料必須具有以下特征：

高剛度：模具必須在多次運行中保持良好的尺寸精度，并在材料注射過程中承受高壓而不會變形。

耐高溫性：高的熱變形溫度（HDT）至關(guān)重要，這不僅是為了確保模具在注料過程中不會失效，而且還可以使工藝得到更精確地控制。

高細(xì)節(jié)表現(xiàn)力：注塑模具必須具有高尺寸精度和光滑的表面，高精度模具將生產(chǎn)出高精度零件。目前，市場主流能夠生產(chǎn)高度準(zhǔn)確且平滑的零件（無需大量后處理）的兩種3D打印工藝是材料噴射成形(Materials jetting)和立體光固化（SLA）。

能夠滿足上述要求的3D打印材料不多，已經(jīng)被證明可以在工業(yè)環(huán)境重小批量注塑模具，可以說主要就是兩種材料，一種是Stratasys通過材料噴射技術(shù)成形的數(shù)碼ABS樹脂（Digital ABS）和通過工業(yè)級SLA立體光刻技術(shù)成形的DSM的Somos PreFORM納米陶瓷增強樹脂。

材料比較

機械性能

就強度和剛度而言，Somos PerFORM材料相當(dāng)出眾，不僅與Digital ABS相比，而且在所有其他工業(yè)3D打印材料（例如SLS尼龍）中都具有非常高的拉伸和彎曲強度。但是，它也明顯更脆（斷裂伸長率低）并且具有較低的沖擊強度。當(dāng)然對于模具制造，Somos PerFORM的機械性能是非常優(yōu)越的，因為模具最主要的要求是高剛度和強度

熱性能-耐溫性

熱變形溫度（HDT）表示聚合物在一定載荷下變形的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）是熱塑性材料從固態(tài)“玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變成更柔韌的“橡膠”態(tài)的溫度區(qū)域。對于注塑成型應(yīng)用，HDT和T_g要求均較高，因此Somos PerFORM再次優(yōu)于Digital ABS。

兩種技術(shù)都可以生產(chǎn)出非常細(xì)膩，細(xì)節(jié)復(fù)雜的零件，并且?guī)缀醪恍枰笃谔幚?。就?xì)節(jié)表現(xiàn)力而言，Digital ABS與Somos PerFORM相比優(yōu)勢不大，因為材料噴射polyjet技術(shù)在所有3D打印工藝中均具有最高的尺寸精度， 緊隨其后的便是立體光刻SLA。

Digital ABS和Somos PerFORM都已在工業(yè)環(huán)境中用于生產(chǎn)小批量注塑模具。我們使用兩種生產(chǎn)材料對模具進(jìn)行測試，一種通常為認(rèn)為容易注塑成形（PP聚丙烯材料），一種通常被認(rèn)為較難注塑成形（GF-PA 玻璃纖維增強尼龍材料） ，通過生產(chǎn)數(shù)量來比較兩種3D打印模具的生產(chǎn)能力。

模具的生產(chǎn)能力會受到兩種材料的機械性能和熱性能的差異，進(jìn)而會影響模具可生產(chǎn)的零件數(shù)量。在正常操作的條件下，在經(jīng)過第一輪3-4次運行后，3D打印模具將達(dá)到約120℃的溫度。良好的熱穩(wěn)定性對于模具的優(yōu)劣至關(guān)重要。GF-PA測試樣品在digital ABS模具能使用10此后得到的產(chǎn)品質(zhì)量要比在Somos Perform里產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量低很多，這事因為digital ABS模具已經(jīng)開始變形變質(zhì)，而Somos PerForm模具依然穩(wěn)定。

總結(jié)與結(jié)論

注射成型是一種非常苛刻的模具應(yīng)用：材料必須既具有高剛度，又必須能夠在高溫下工作。

材料噴射和SLA是唯一可以生產(chǎn)具有工業(yè)應(yīng)用所需的尺寸精度和表面光潔度的零件的3D打印工藝。我們比較了用于制造低速注塑模具的兩種3D打印材料Digital ABS和Somos PerForm。

盡管Digital ABS 是一種很優(yōu)秀的材料，可以適用于大多數(shù)功能應(yīng)用，但Somos PreFORM的更好機械性能和出更色的熱性能使其更適合模具制造。通過用兩種3D打印材料制造的模具可以生產(chǎn)的零件數(shù)量可以明顯看出這一點。

免責(zé)聲明：以上列出的材料屬性由制造商提供，并與采用最佳打印和后處理工藝相對應(yīng)。