復(fù)合鑄塑技術(shù)
時(shí)間:2005-07-01
“原型復(fù)制”（Paradigm Shift）一詞，曾經(jīng)有一段時(shí)間在文獻(xiàn)資料和專業(yè)詞匯中頻繁出現(xiàn)。值得慶幸的是，該詞匯使用不長時(shí)間便消融在網(wǎng)絡(luò)世界里，但它卻給塑料制品工業(yè)指出了一條新路。Paradigm Shift模糊了原型制造和批量生產(chǎn)兩者之間的界限，于是出現(xiàn)一個(gè)新術(shù)語－快速原型制造（Prototyping）。
這類新技術(shù)及其相應(yīng)設(shè)備在大大加快產(chǎn)品投入市場速度的同時(shí)，也降低了塑料原型制造和批量生產(chǎn)的成本，免除了制造注射模具那一套昂貴、費(fèi)時(shí)的工藝。
復(fù)合鑄塑技術(shù)（Compcasting）
這種復(fù)合鑄塑技術(shù)運(yùn)用傳統(tǒng)的、廉價(jià)的快速制造（RT）模具，能使纖維增強(qiáng)尼龍6的模制過程象將環(huán)氧樹脂和尿烷澆鑄加工成塑料一樣簡單。到目前為止，這種RT技術(shù)僅僅被用于將原型制造成塑料部件或者模型。然而，復(fù)合澆鑄技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備在短短一天內(nèi)，卻可能利用CAD存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行尼龍6產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。采納這種新技術(shù)對生產(chǎn)廠商的意義在于，它能夠大大縮短生產(chǎn)過程，這對尼龍6的應(yīng)用而言是一個(gè)不小的進(jìn)步。
尼龍6在汽車部件中應(yīng)用非常廣泛，比如進(jìn)油管、閥門蓋、水泵、散熱片以及風(fēng)扇罩等等，它還用于電動(dòng)工具的手柄、儀表盤和機(jī)殼。制造程序通常以CAD資料形式由原型服務(wù)中心開始，服務(wù)中心又將這種設(shè)計(jì)資料翻譯成STL信息，最后再被譯成SLA、SLS、LDM或者FDM中的一種資料形式。
傳統(tǒng)注射模具的投資一般會(huì)達(dá)到6位數(shù)字，這個(gè)投資無論是對小型或者是中型規(guī)模的生產(chǎn)商來說都是天文數(shù)字。但這些模具的昂貴是可以理解的，因?yàn)樗鼈冃枰軌虺惺軜O高的壓力。有了注射模制技術(shù)，塑料粒子先被熔融，然后在極高壓力的作用下又被壓入模具腔體內(nèi)。一旦固化，這個(gè)成型完好的產(chǎn)品即被脫模。在這種工作方式下，產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保證，但是為此卻付出了巨大的資金和時(shí)間代價(jià)。塑料注射設(shè)備及其復(fù)雜的輔助設(shè)備比如熱流道（包括噴嘴、加熱器、多管熱電偶、活塞及閥桿組件）的購置和維修都極為昂貴，而將它們投入道較小規(guī)模的生產(chǎn)過程也是得不償失。
很顯然，利用注射成型的新產(chǎn)品推向市場的巨額花費(fèi)限制了塑料零部件的應(yīng)用和推廣。即使金屬RT（直接來自CAD資料）的替代技術(shù)到目前為止證明也只適合于少量的注模零件。
復(fù)合鑄塑是一種快速原型制造的專利技術(shù)，用于模制纖維增強(qiáng)尼龍6結(jié)構(gòu)及其他熱固性樹脂。該技術(shù)所使用的設(shè)備是復(fù)合鑄塑過程取得成功的必要條件。如果沒有合適的分散設(shè)備，這個(gè)生產(chǎn)過程就無法完成。獲取應(yīng)有的技術(shù)許可和設(shè)備后，塑料廠商或者快速原型服務(wù)中心可直接把CAD資料轉(zhuǎn)化成纖維增強(qiáng)尼龍6的結(jié)構(gòu)零部件。復(fù)合鑄塑技術(shù)的生產(chǎn)周期僅需一天。
這個(gè)短暫的工作周期是以CAD資料制造模具開始的，模型的制造（使用SLA、SLS、FDM資料）通常用與澆鑄尿烷模型的傳統(tǒng)材料完全相同：橡膠、塑料、熟石膏和砂子。
聚合工序（PolymerizationM）
下一個(gè)步驟只是簡單地將傳統(tǒng)負(fù)離子聚合方法應(yīng)用到纖維增強(qiáng)尼龍6的生產(chǎn)中。用一臺纖維增強(qiáng)尼龍6分散設(shè)備將單體已內(nèi)酰胺摻混到經(jīng)過活化劑處理過的尼龍6中。當(dāng)這種合成淤漿被加熱到140－150℃時(shí)，再用攪拌器將玻璃纖維增強(qiáng)材料加入進(jìn)行混合。為了促使聚合作用并使零部件的澆鑄一次獲得成功，催化劑將由另外一個(gè)加熱器中注入。催化劑的注入是在已內(nèi)酰胺進(jìn)入模具之前以正確的比例自動(dòng)注射到活化過的纖維增強(qiáng)已內(nèi)酰胺流里。
因?yàn)椴牧弦驯环稚ⅲ阅z化作用早就開始了，而且混合物漸漸變濃直至稠漿狀態(tài)。一旦到了這種狀態(tài)，就不可再將纖維增強(qiáng)材料注到懸浮液中。機(jī)器再將溫度已達(dá)到140－150℃的纖維增強(qiáng)尼龍6材料直接輸送到模具內(nèi)，纖維增強(qiáng)尼龍6在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)可以成型。
這種技術(shù)的靈活性以及可選擇的分散設(shè)備允許將單件RP的單臺分散設(shè)備擴(kuò)充成為大規(guī)模的零件生產(chǎn)。
在所有情況下，單個(gè)澆鑄纖維增強(qiáng)尼龍6零件和批量生產(chǎn)出（比如高壓注射模制）的零件在形狀、適配以及功能上完全一樣。有些工業(yè)專家認(rèn)為復(fù)合澆鑄出的纖維增強(qiáng)尼龍6零件在許多應(yīng)用中都能勝過注模成型的纖維增強(qiáng)尼龍6。
省時(shí)省錢
與金屬注射模具相反，使用快速模具制造零件能大大縮短零件從繪圖板上到投入市場所花費(fèi)的時(shí)間和金錢。
使用纖維增強(qiáng)尼龍6分散設(shè)備，快速原型和模具的生產(chǎn)可以迅速完成，省掉了巨大的開支、縮短了金屬模具注模生產(chǎn)中不可缺少的漫長等待。另外，應(yīng)用復(fù)合澆鑄技術(shù)，快速模具現(xiàn)在可以制造出1～2百萬件尼龍6產(chǎn)品。
復(fù)合鑄塑技術(shù)也無須注射模制中使用的塑料粒子。就拿增強(qiáng)尼龍6來說，預(yù)先的混合步驟將尼龍6加熱到玻璃纖維可加入的松軟程度。這不但節(jié)約了時(shí)間，而且也節(jié)約了生產(chǎn)成本。
復(fù)合鑄塑設(shè)備的效率很高，批量生產(chǎn)的完成要比注射設(shè)備的速度快得多。因?yàn)閺?fù)合鑄塑模具所發(fā)生的費(fèi)用很少，在這種技術(shù)中使用多模具的操作將會(huì)變得更加經(jīng)濟(jì)可行。單個(gè)轉(zhuǎn)盤上可安裝的模具數(shù)量達(dá)30對之多，而分散設(shè)備在每個(gè)模具經(jīng)過它時(shí)由其噴嘴將所有模具依次加滿。由于擁有每秒一磅的加料量以及可快速加料的多重模具，即使是在批量生產(chǎn)中，也能使其生產(chǎn)速度比注模設(shè)備的速度快60％之多。
按最保守方法計(jì)算，這種加工方法中模具的研制成本只有鋼制模具的80～90％。另外，購買復(fù)合鑄塑設(shè)備的成本最多只有購置大型高壓注模設(shè)備成本的66％。有些應(yīng)用證明整個(gè)復(fù)合鑄塑技術(shù)要比傳統(tǒng)的注模技術(shù)便宜50％，即使大批量生產(chǎn)也如此。
許多情形下，復(fù)合鑄塑技術(shù)在產(chǎn)品投入市場和改新項(xiàng)目兩者中所給予的效率和成本優(yōu)勢會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，特別是在涉及到產(chǎn)量不足10萬件的生產(chǎn)時(shí)。在這種產(chǎn)量相對較小的情況下，制造一種耐用的高壓注射模具的費(fèi)用有時(shí)在批量生產(chǎn)中得不到稀釋。這種新型快速原型制造的方法可為那些想從技術(shù)上獲利的塑料廠商提供了新模式。
