3D打印模具的价值怎么衡量?

用户主要通过模具的价格来评估模具制造商,而通常不考虑模具为模塑商提供的价值,这仍然是当今模具制造中面临的最大挑战之一。

虽然价格与价值是两回事,但人类总是难以控制非理性的第一印象将价格与价值建立最直接的一比一关联。

通过3D打印来制造随形冷却模具,让模具的价值变得更加难以评估。因为随形冷却模具改变了注塑的周期,并可以有效避免注塑过程中的翘曲变形,如何准确地评估模具在整个产品注塑生命周期内的总拥有成本成为颇具挑战的事情。

mould_white paper3D打印随形冷却模具。来源:《3D打印模具白皮书v2版本》 -计划于2019年10月发布

block 价值创造模具市场的切入口

在模具的制造过程中,3D科学谷发现3D打印其实还带来了通常容易被忽略的价值,包括材料的节约,后期机加工过程中对刀具磨损的减少,以及对机床占用成本的降低等等

3D打印的随形冷却模具插件不需要粗加工,这减少了切削时间,降低了对刀具,冷却液的消耗,提升了机床的利用率。

同时,对于后期的EDM加工来说,3D打印的随形冷却模具还消除了开孔的需要,3D打印过程可以内置DEM启动孔,这使得步骤减少,减少了精加工成本,并且缩短交付周期。

当然,3D打印最直观的价值是用来制造模具插件,随形冷却是制造复杂轮廓产品的理想选择,随形冷却对于在模塑表面上提供一致的模具温度分布更有效。其他需要考虑的方面是浇口处的适当冷却或热流道下降,以保持适当的控制和热稳定性。

一个典型的案例是汉邦科技的金属3D打印在工具箱后模镶件中的应用:

Hanbang3D打印工具箱后模镶件。来源:汉邦科技

存在问题:

  • 产品生产量大,但是由于镶件外形的特殊原因导致冷却周期过长;
  •  产品表面由于温度过高,导致塑胶在流动过程中有烧焦,困气;

方案:

  • 设计随形冷却水路,采用3D打印镶件,减短冷却周期,改善产品困气问题;

优化结果:

  • 镶件本体的温度由原来的105摄氏度降低到35摄氏度;
  • 产品的冷却周期极大缩短,原来的冷却周期40秒缩短至30秒,生产效率提高1.33倍;
  • 产品表面完全达到要求,不再有烧焦,困气等现象;

另一个案例是汉邦科技的汽车模具冷却镶件3D打印:

Hanbang_23D打印汽车模具冷却镶件3D打印。来源:汉邦科技

存在问题:

  • 产品生产量大,但是由于镶件外形的特殊原因导致冷却周期过长;
  • 模具镶件温度过高,表面氧化,使用寿命减短;
  • 产品表面由于温度过高,产生橘皮纹跟变形严重;

方案:

  • 设计随形冷却水路,采用3D打印镶件,减短冷却周期;

优化结果:

  • 镶件本体的温度由原来的120摄氏度降低到50摄氏度;
  • 产品的冷却周期极大缩短,原来的冷却周期120秒缩短至45秒,生产效率提高2.5倍;
  • 产品表面完全达到要求,不再有变形现象;

Hanbang-33D打印汽车模具冷却镶件3D打印。来源:汉邦科技

从上面两个案例可以看出,虽然将3D打印模具应用到模具生产中的感知成本很高,甚至对许多模具制造商来说似乎难以接受,但3D打印真正的价值在于更短的循环时间,消除模塑缺陷,并改善准时交付的能力,这对注塑商来说是最有益的。

从这方面来看,3D科学谷建议模具制造商必须与每个注塑客户合作,计算3D打印模具的真实成本,推动价值理论的认知扩展到整个模具注塑期间如何节省成本,提升产品质量的角度来看。

当然,完全精准的评估是充满挑战的。可以依靠软件来帮忙,例如,模具制造商通过模流分析软件来识别模具中的热点,这些热点将导致翘曲。而通过3D打印随形冷却模具,可以通过分析软件帮助模塑商看到在生产过程中如何避免发生缺陷。

mould_white paper23D打印随形冷却模具与传统方式制造模具的比较。来源:《3D打印模具白皮书v2版本》 -计划于2019年10月发布

对于模塑商来说,了解投资随形冷却模具的真实价值范围还可以扩展到其品牌和商誉方面,如果他们需要不断地处理先前的高废品率和客户投诉,那么这将对他们后续的订单形成一定的损失,这种前期策略将使模具制造商的模具在竞争中脱颖而出。

虽然模具制造商通过模拟仿真来确定浇口和通风口位置,3D科学谷发现他们通常并未通过软件来完全分析冷却优化选项。这时候如果模具制造商对传统水线和随形冷却两种方式进行建模和仿真模拟,则可以清楚地显示两个选项之间的冷却时间差异

当然,国内的3D打印设备品牌商可以帮助模具制造商实现这些全套解决方案以及论证过程。拿国内铂力特来说,铂力特经过充分的市场调研,基于随形水道模具的结构特点和技术要求,经过反复实验,为模具行业应用提供全套解决方案:从模流分析、随形水道设计,到模具钢打印参数开发、模具打印,再到3D打印模具的后续处理和加工

不仅是设备,铂力特基于BLT-S200/S310设备调试模具专用打印参数,开发出H13、18Ni300(MS1)、17-4PH、G05等多种模具专用材料的打印工艺。

3D科学谷建议3D打印设备商和模具制造商可以考虑携手呈现最具成本效益的解决方案。例如,如果175万元的模具减少了加工周期,并且节约了材料,每年可节省70万元,这将很快收回对于3D打印的初始投资,并在模具生产的前五年为客户节省350万元。

由此出发,衡量模具的价值也从单纯评估模具的价格,转变为全生命周期(模具3D打印生产,后处理加工,注塑过程模具寿命,注塑成功率,产品质量等等),包含了各方面因素的附加值创造考量

当然,考虑到3D打印不仅仅可以用在注塑模具领域,还可以用在轮胎模具,压铸模具等领域,结合3D打印可以实现复杂几何形状设计的特点,通过3D打印模具所创造的附加值还延伸到了诸如下一代轮胎这样的高附加值产品领域

SLM3D打印轮胎模具。来源:SLM Solutions-斯棱曼激光科技(上海)

在轮胎模具方面,金属3D打印很好的解决了刀具干涉的问题,当复杂性与可制造性不再是困扰轮胎模具制造的最大因素的时候,3D打印很好的释放了轮胎产品设计迭代的便捷性,也催生了新型的轮胎制造能力。这方面,米其林已经感觉到增材制造的潜力,并声称唯一的限制是设计师的想象力。

而在冲压模具方面,典型的案例是舒勒通过金属3D 打印技术开发了随形冷却热冲压模具,让内部的冷却通道更接近冲压表面,从而通过“内部功夫”来提高冲压质量和效率。热冲压模具调试周期短,使用寿命在20-30万个冲程,热作镶块具互换性,制造成本低,在汽车领域获得越来越广泛的应用。在3D打印技术的帮助下,舒勒通过粉末床选择性激光融化3D打印的方式获得灵活的随形冷却内部通道的制造方法,这使得冷却更迅速,冷却效果更均匀。舒勒认为3D打印技术将为热冲压模具的制造带来革命性的变化。

随着金属3D打印设备价格的合理化,3D打印模具在国内的发展将迎来一波上行发展机遇,而以价值为切入口,将成为赢得模具市场的必备功课。 mould_whitepaper 4

关于3D打印在模具领域价值创造的详细剖析,敬请查阅已经发布的《3D打印模具白皮书V1》,并关注计划于2019年10月发布的《3D打印模具白皮书V2》

更多3D打印行业发展态势,敬请参加TCT深圳展(2019年10月15-17)期间的论坛,详细倾听3D打印领域的分析专家Chris Connery (CONTEXT公司全球副总裁),Filip Geerts(欧洲机床工业及相关制造技术协会总干事), 王晓燕 (3D科学谷创始人)共同为您带来的全方位的剖析与灼见。

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