從打樣到生產:3D列印於鈑金製作的應用

從打樣到生產:3D列印於鈑金製作的應用

金屬製造對於所有經濟領域都是必不可少的。由於其強度,剛度和長期耐用性,從家用電器到建築部件和車身面板的應用,都會使用到金屬物件。傳統的金屬製造技術包含了成型、鑄造、翻模、連接和機械加工等。

鈑金成型涉及多元的過程,皆是將力量施加到金屬片上,使其塑形為所需要的形狀,並在不減少任何金屬材料的前提下去修改其幾何形狀。鈑金可以被彎曲、拉伸成各種複雜的形狀,進而可以創造擁有高強度與最少材料的複雜結構。

鈑金成型是現今大量生產零件的方法中最具成本效益的成型程序。它可以在工廠中實現高度自動化,或者另一方面,也可以是在金屬工作室中做小批量的零件生產。它是一種通用性高、一致性高且高品質的生產過程,且可以在材料浪費最少的狀況下應用。從金屬罐頭到硬件的保護性外殼,在我們的日常生活中,隨處都可以見到由鈑金製作生產的零件。

在這篇文章中,我們將提及鈑金製作的基本知識、各種鈑金成形工藝、以及如何透過3D列印的模具與快速加工來減少鈑金的製作成本。

鈑金基礎知識

鈑金是指通過工業加工而製成的薄且扁平的金屬片。這些可以是極薄的金屬薄片(似箔紙或葉子),最厚大約6毫米(0.25英寸)。比6毫米還厚的零件則被稱為是為是金屬鋼板或“結構鋼”。鈑金厚度通常以毫米為單位來界定,而美國則是使用稱為量規的非線性量度,量規號越大,金屬薄片越薄。

鈑金廣泛用於製造汽車,飛機,火車,硬件外殼,辦公工具,家具,家用電器,計算機,機械零件,飲料罐以及建築(管道,水槽等)。

金屬鋼板則較多用於耐久性比重量更重要的應用中,例如在船舶,壓力容器和渦輪機的較大結構零件中。

許多不同的金屬都可以製作為鈑金,括鋁,鋼,黃銅,錫,銅,鎳,鈦,以及用於裝飾目的的金,銀和鉑。

鈑金加工材料通常是軋製而成,接著成為可以切割和彎曲成各種形狀的捲圈。

鈑金製造的流程為何?

 

鈑金成型包括通過模具或沖壓工具進行的彎曲,旋壓,拉伸或拉伸等處理。製作過程通常在壓力機上進行,而零件會在兩個模具之間成型。

鈑金製造的過程很簡單:

1. 從現有的金屬中切割出金屬薄片,來製作單一的毛坏。

2. 將毛坯放在成型機器中的兩個模具之間。

3. 在機器的強大作用下,上模將鈑金推向相對應的下模,並將其彎曲為所需的形狀。

不利的一面是,鈑金成形是一項設備密集的製作方式。過程需要仰賴專用的機械與工具。如上所示,加工工具(模具)也是成型機中用來彎曲板材的部分。

一般來說,製造商會透過內部CNC加工或外包的方式,來生產這些金屬加工工具(模具等)。這種加工方式價格昂貴,而且交貨時間較長。

然而,在創新發展的推動下,使用金屬零件的行業需要更複雜的結構,來達到更敏捷的製作方法與流程。重新思考加工的方式可以是解決此問題的好方法。

用來打樣與小量鈑金生產的3D列印模具

儘管如車身面板之類的大尺寸零件還是需要較為重型的加工方式,但大多數金屬工廠也生產各種需要較小彎曲力的小型零件。透過工廠內部的3D列印來製作打樣樣件以及小量的成品零件,可以縮短產品開發的時間,也能減少生產的成本。

工廠內部的3D列印方式,讓工程師可以在數小時內就完成金屬零件的樣品,並作工業設計的快速迭代,且可以達到複雜的幾何形狀,同時可以減少對外包的依賴。專業的桌面級3D列印機,價格實惠且容易易於操作,並可以根據需求快速擴增。

許多製造工廠已經在工廠中使用雷射光固化(SLA)的光敏樹脂來替代金屬夾具、治具以及替換零件。在像是射出成型或者熱塑成型的過程中,在製作昂貴的金屬模具之前,使用塑料模具來做設計是解決DFM挑戰很有效的方法。從金屬到塑料的材料成本節省都非常可觀。

SLA雷射光固化3D列印技術為鈑金提供了許多有趣的特性。SLA雷射光固化設備擁有高精度與平滑表面,能夠製造出具有精緻組合功能的物件,可提供重複使用性。由於Formlabs設備用有多元機械性能的材料,選擇適合特定情況使用的材料,可以更加優化製作的成果。塑料製成的模具也可以省去拋光的步驟,因為塑料模具不會在中間的金屬薄片產生金屬痕跡。

這個製作方式類似於一般的鈑金成型工作流程。區別在於零件的設計、上模與下模所製成的兩件式工具。將單一的金屬片放置在上模與下模之間,並用液壓機或其他成型設備壓制

重新思考鈑金成型的加工方式

重新思考工具製造方式是降低金屬製造成本的有效方法。3D列印除了比昂貴金屬工具擁有更高的靈活性外,3D列印的塑料模具甚至可以成為部分昂貴金屬模具有效率且實惠的替代品。對於鈑金成型,3D列印工具提供了多元的應用可能,從彎曲的支架到壓花的零件,百葉窗,格柵以及現成的沖模模具。

 

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