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 1451天前
隨著3D打印工藝的不斷進步，3D打印材料性能也不斷提高，所產生3D打印產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。魔猴網最近推出了Somos PerForm納米陶瓷樹脂材料，借這個機會，今天我們全面介紹一下目前兩種可直接用于注塑模具的3D打印材料，這兩種材料可以應用于“低速注塑” 模具這一特定領域，這兩種材料魔猴網也都提供3D打印服務。
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用場景包括：
* 產品周轉周期很快（1-2周而不是5-7周）。
* 產品的產量低（50-100個零件）。
* 還未完全定型，將來可能發生更改或迭代模具設計。
* 相對較小產品（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。
高細節表現力：注塑模具必須具有高尺寸精度和光滑的表面，高精度模具將生產出高精度零件。目前，市場主流能夠生產高度準確且平滑的零件（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，已經被證明可以在工業環境重小批量注塑模具，可以說主要就是兩種材料，一種是Stratasys通過材料噴射技術成形的數碼ABS樹脂（Digital ABS）和通過工業級SLA立體光刻技術成形的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材料相當出眾，不僅與Digital ABS相比，而且在所有其他工業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。當然對于模具制造，Somos PerFORM的機械性能是非常優越的，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。玻璃化轉變溫度（Tg）是熱塑性材料從固態“玻璃態”轉變成更柔韌的“橡膠”態的溫度區域。對于注塑成型應用，HDT和Tg要求均較高，因此Somos PerFORM再次優于Digital ABS。
兩種技術都可以生產出非常細膩，細節復雜的零件，并且幾乎不需要后期處理。就細節表現力而言，Digital ABS與Somos PerFORM相比優勢不大，因為材料噴射polyjet技術在所有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都已在工業環境中用于生產小批量注塑模具。我們使用兩種生產材料對模具進行測試，一種通常為認為容易注塑成形（PP聚丙烯材料），一種通常被認為較難注塑成形（GF-PA 玻璃纖維增強尼龍材料） ，通過生產數量來比較兩種3D打印模具的生產能力。
模具的生產能力會受到兩種材料的機械性能和熱性能的差異，進而會影響模具可生產的零件數量。在正常操作的條件下，在經過第一輪3-4次運行后，3D打印模具將達到約120℃的溫度。良好的熱穩定性對于模具的優劣至關重要。GF-PA測試樣品在digital ABS模具能使用10此后得到的產品質量要比在Somos Perform里產出的產品質量低很多，這事因為digital ABS模具已經開始變形變質，而Somos PerForm模具依然穩定。
總結與結論
注射成型是一種非常苛刻的模具應用：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是唯一可以生產具有工業應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 是一種很優秀的材料，可以適用于大多數功能應用，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的零件數量可以明顯看出這一點。
免責聲明：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。
