3DP噴墨金屬3D打印在鞋模生產(chǎn)制程的應(yīng)用，東莞原力無限與武漢易制科技合作

導(dǎo)讀：高速低成本的金屬3D打印技術(shù)，將會(huì)如何影響傳統(tǒng)制造業(yè)？鞋業(yè)、模具、鑄造產(chǎn)業(yè)將可能發(fā)生變革。

“我們工廠是在珠三角做鑄造，聽說到這個(gè)高速低成本的金屬3D打印技術(shù)，我們深深感受到危機(jī)——鑄造產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)保問題、年輕人不愿意干這一行的問題，好像都突然被解決了。要是這技術(shù)真發(fā)展起來，我們豈不是毫無招架之力？”某鑄造廠廠長感嘆。

2019年8月25日，武漢易制科技隆重發(fā)布了粘合劑微滴噴射金屬3D打印機(jī)、宣布彩色3DP 3D打印技術(shù)開源。南極熊3D打印網(wǎng)作為戰(zhàn)略合作媒體見證了這個(gè)對于國內(nèi)甚至國際來說，都具有重要意義的發(fā)布會(huì)。


發(fā)布會(huì)上，這款微滴噴射金屬3D打印機(jī)合作方東莞原力無限打印科技有限公司總經(jīng)理周隧新，對本產(chǎn)品應(yīng)用于鞋模生產(chǎn)制程中的經(jīng)驗(yàn)分享，道出了大量產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題和思路，非常具有價(jià)值。值得所有3D打印人士參考。


△東莞原力無線打印這個(gè)名字，南極熊也是第一次聽說，可見他們一直都比較低調(diào)。他們致力于把3D打印技術(shù)在制造領(lǐng)域、特別是體育產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和推廣。包含3DP、SLA、DLP等技術(shù)的應(yīng)用。


△2016年初，原力無線董事長龍樹初3D金屬打印鞋模，然后和易制科技經(jīng)過長達(dá)6個(gè)月的評估，項(xiàng)目正式啟動(dòng)。2017年中，龍樹初便提出要按照鞋產(chǎn)線的要求，全套打印，逐步代替鑄造模。


△在鞋模行業(yè)，有著自己的特點(diǎn)：

• 品種多、數(shù)量少，一款鞋子，不同鞋碼、左右腳，就使得鞋模的需求量比較大。
• 鞋底尺寸大（450*350*80mm），個(gè)體重（單個(gè)模具30kg）。
• 交貨周期要求端（7-15天），效率要求高，成本要求低。
• 對花紋、品牌LOGO、套色等要求高。
  

△經(jīng)過比較，在金屬3D打印技術(shù)工藝中，對于鞋模行業(yè)來說，3DP金屬打印有著明顯的優(yōu)勢。


△3DP金屬打印技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝在鞋模生產(chǎn)制程相比，通用鐵模的話，只需要120小時(shí)完成，傳統(tǒng)工藝則需要240小時(shí)左右，縮短一半。金錢成本差不多。
△全球范圍內(nèi)，在做微滴噴射技術(shù)的企業(yè)，有GE、HP、Exone、Destop Metal、Digital Metal、3DEO等。雖然國外廠商有不少已經(jīng)走在前面，并且已經(jīng)產(chǎn)品商業(yè)化。綜合起來，還是和國內(nèi)的易制科技合作最為合適。


△3DP金屬打印中，有兩種主材料：墨水和金屬粉末。
其中

• 金屬粉末：粒徑5~50μm，類球形或樹枝行，適度重復(fù)配合使用，價(jià)格低廉。目前主要是鐵基和不銹鋼粉末，鋁合金粉末正在開發(fā)中。
• 噴墨墨水：是3DP金屬打印的核心技術(shù)之一，把金屬粉末粘結(jié)成型的材料組分。按照固化機(jī)理可以分為光固化墨水和熱固化墨水；按照主體粘結(jié)劑種類可以分為聚合物粘結(jié)劑和金屬熔融粘結(jié)劑。
  

△作為核心技術(shù)之一，3DP金屬打印墨水有幾個(gè)重要特征：
①具有通用噴墨墨水的性能，順利實(shí)現(xiàn)高分辨率快速噴��；
②具有層間粘合性能，可以實(shí)現(xiàn)一定強(qiáng)度的生胚成型；
③匹配脫脂燒結(jié)工藝，可升華蒸發(fā)掉，剩下最終金屬零部件。
原力無限根據(jù)不同的場景需求，開發(fā)不同的墨水。


△包括聚合物粘結(jié)劑和納米金屬熔融粘結(jié)劑。其中納米金屬熔融粘結(jié)劑在燒結(jié)后，剩下金屬顆粒成分，結(jié)合到打印件中，使得燒結(jié)件收縮率可以變小，減少變形。

△在3DP金屬3D打印成型過程中，鞋模3D文件的擺放角度和位置，也非常重要。傾斜一定的角度可以平衡各面的效果。


△在3DP金屬3D打印成型過程中，不同的墨量粘結(jié)劑和金屬粉末的粒徑、打印設(shè)置的分辨率、成型后的生胚強(qiáng)度和致密度都有重要的影響，并且呈現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性。


△在3DP金屬3D打印成型過程中，鋪粉速度和轉(zhuǎn)速，對致密度有影響。

△在3DP金屬3D打印成型過程中，粘結(jié)劑單層的固化度，影響生胚的強(qiáng)度和致密度。

△在3DP金屬3D打印成型過程中，由于墨水可能會(huì)發(fā)生固化，加上揚(yáng)塵，從而發(fā)生堵頭，造成打印失敗。所以噴頭自動(dòng)清潔很重要。

雖然說已經(jīng)投入了大量的人物物力財(cái)力去研發(fā)，但目前3DP金屬3D打印技術(shù)應(yīng)用于鞋模行業(yè)，還存在不少挑戰(zhàn)。


△精細(xì)結(jié)構(gòu)打印要求高，例如品牌LOGO、直角等形狀，不夠精確。


△多色模具。具有懸臂結(jié)構(gòu)或者三層以上高精度合模，對打印成型和燒結(jié)過程，都帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。


△后處理設(shè)備，需要適合鞋模的特點(diǎn)。各大品牌的燒結(jié)爐，難以滿足鞋模需求，需要自行設(shè)計(jì)和定制，工藝也得自己摸索。南極熊認(rèn)為，這部分的研發(fā)成本將會(huì)非常高。


△目前3DP金屬3D打印的表面精度和光潔度，還是不夠。


截止2019年8月，原力無限已經(jīng)和易制科技合作了3年，已經(jīng)積累了大量的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。未來此路值得繼續(xù)努力下去。

“總體上，對鞋廠，3DP金屬打印鞋模目前至少有兩點(diǎn)意義：一是加快開模速度，大幅縮短樣品、產(chǎn)品的交期；二是符合品牌環(huán)保要求。”周隧新總經(jīng)理向南極熊表示。