Mantle正在推出一系列价值 350,000 美元的新机器，可以 3D 打印用于生产注塑塑料的模具插件。很难夸大这将是多么重要 – 我赶上了公司的创始人，以了解这项技术将如何以及为什么会严重影响制造业的上市速度。
好吧，让我们深入了解一下极客，看看我很久以来见过的最有趣的 3D 打印用途之一。要了解为什么这如此重要，您需要了解制造的工作原理；具体来说，注塑成型的工作原理。大多数塑料零件可以通过将液态塑料粘液注入模具中制成数十万个。这种模具通常有贯穿其中的水冷管线，以迅速降低液体、熔融塑料的温度，从而使其固化。模具打开，塑件顶出，即可进入下一个循环。几乎每一个小的（和许多大的）塑料零件都是用这种方法制造的。这些工具通常由超硬的“工具钢”制成，需要非常精确。这个钢模具的表面可以是任何东西——光滑、有纹理，你可以说它——任何属于模具型腔的东西都会成为最终塑料部件的一部分。正如您可能想象的那样，制造这些钢模是一项极其精密的工作，成为工具制造商需要很长时间（数年）。成为一名真正优秀的工具制造商是一项终生的职业，至少与技术一样多的艺术和经验。
<span style=”font-size: 1rem; letter-spacing: -0.1px;”>我们发现创建此类插入的时间减少了大约 70%，成本降低了 50%。</span > Mantle 首席执行官 Ted Sorom
虽然可以在微不足道的时间内制造出数以万计的注塑件，但这些工具可能需要数周时间，特别是如果您的公司规模小到没有专门的工具制造资源。六到八周很常见，在全球大流行期间，我听到的报价长达 12 周。不能轻易解决的制造延迟三个月显然是一场噩梦。
您可能会问自己，“我们为什么不直接 3D 打印这些模具？”答案很复杂——工具需要非常耐磨、精确、耐温，并且表面光洁度需要近乎完美。没有很多 3D 打印技术可以满足所有条件，但这正是 Mantle 所在的空间，呃，注入自己。
“我被介绍给我的联合创始人，他开始使用用于连接太阳能电池板背面的银导电迹线进行打印。从那里，他开始尝试打印一个物理对象，而不仅仅是痕迹。当他开始印刷银器时，我对创办一家珠宝公司不感兴趣，”Mantle 的首席执行官兼联合创始人 Ted Sorom 兴奋地分享了公司的起源。 “大约一个半月后，他在其他人还没有接近做到这一点之前，在非常便宜的设备上打印低碳钢。 “我在 2015 年加入了他的行列，将这项技术推向市场。过去六年我们一直在开发这项技术。”
这项技术很有趣，因为他们发现了一项与 Sorom 的制造背景相关的技术。当两人开始用低碳钢打印时，索罗姆立即意识到，将有一个非常重要的利基市场可以使用这项技术。他们不会使用 3D 打印机来打印小批量零件（例如，汽车制造商倾向于这样做）或原型零件（现在每个制造商都这样做），而是使用 3D 打印机来制造对质量至关重要的零件-制造过程，无论是冲压模具还是注塑工具。两者都需要极其精确的表面光洁度和使用寿命。
“加工空间中的表面光洁度、公差和材料耐用性要求非常高，”Sorom 志愿者说。 “这些工具被使用数百万次循环来批量生产产品。我们创造了一种技术，使塑料与金属接触的注塑模具部分正确。创建最终零件的插件。我们今天打印的材料类似于 P20 工具钢——我们称之为 P2x。另一种是H13钢。”
现在，如果您对工具钢书呆子还不够了解 P20 和 H13 是什么，这是两种常用的注塑成型钢种，以前可以使用数十万甚至数百万次他们需要更换。
印刷技术也很有趣。该公司开发了一种 FDM 风格的工艺——就像你可能从 MakerBot 等公司看到的灯丝打印机一样——使用一种膏状材料，该材料使用携带金属粉末的液体载体。打印一层后，该公司会通过干燥过程去除液体成分，从而形成密集堆积的金属粉末体。在 10 层左右之后，该工艺然后使用高速切削工具（很像 CNC 铣床）切削掉微量的材料，从而产生所需的表面光洁度和公差。每 10 层左右就会发生这种情况。
“在这个过程的最后，我们有一个金属粉末体，通过一点点胶水或称为粘合剂紧密地包装在一起。我们将其放入熔炉中，然后将其浓缩成固体金属部件，”Sorom 解释道。 “这是一个两步的过程。我们在一台机器上打印和成型，然后在熔炉中烧结零件。”
这样做的好处是 CNC 机器非常擅长获得高精度零件，但挑战在于工具钢非常坚硬，CNC 机器的切削工具只能非常缓慢地切割它。通过在烧结前对零件进行成型，该公司获得了两全其美：他们在更柔软的材料上进行精密成型，然后“烘烤”零件以使其硬化。
“这就是我们能够获得具有表面光洁度和细节的产品的方式，可以直接从 3D 打印机进入应用程序，”Sorom 说。 “这就是我们为客户节省大量时间和成本的地方。我们看到制造此类刀片的时间减少了约 70%，成本降低了 50%。”
一年前，Mantle 宣布他们将制造工具制造机器，今天它宣布该公司开始销售其硬件，其中包括打印机和熔炉解决方案。
机器解决方案的成本约为 350,000 美元，这听起来可能很昂贵，但对于制造工具的金属加工车间来说，这与他们已经使用的 EDM 和高端 CNC 机器大致相符。他们还在一些行业运营，其中一台 350,000 美元的机器将生产时间缩短 70% 绝对物超所值，因此看到这些机器在世界范围内的采用会很有趣。计划于 2023 年上半年交付第一批生产系统。
该公司制作了一段视频，展示了其技术的工作原理：