新应用:3D打印机快速低价试制模具
图6 利用三维打印机制造的冲压加工用树脂模具:在燃烧器试验中,虽然金属冲压部件必不可少,但如果在试制阶段制作模具,反复试验的话则会导致成本和时间的浪费。如果可以利用树脂模具进行金属冲压加工,这一课题就可以迎刃而解。三菱重工得出结论认为,对于厚度5mm以上的镍合金平板,可以采用以三维打印机制作的树脂模具进行冲压加工。
作为模具的使用方式,不仅可以用于射出成型,此外,还可用于冲压加工。在三菱重工的高砂制作所,为进行燃气轮机燃烧器构成部件的试制,正在研究采用以三维打印机制作的树脂模具(图6)。
树脂模具可以用于以冲压成型来使厚度5mm以上的镍合金平板弯曲。目前正处在“将树脂模具安装于冲压机上,从而确认能否使金属板弯曲的阶段”(三菱重工原动机业务本部叶片和燃烧器制造部生产技术课课长原口英刚)。
此外,高砂制作所正在将三维打印机用于精密铸造领域的脱蜡铸造(LOST WAX)利用的部分模具。虽然模具主体为金属,但因设计变更等需要改变形状时,则以三维打印机制作一部分模具,同时再配合普通模具进行蜡模成形。
高砂制作所最初引进三维打印机是在2006年。在那之前,曾经从外部采购利用光硬化性树脂进行三维积层造形所生产的试制品,但是“由于价格高、交货慢、以及过程麻烦等原因,每年只能在大约5件重要部件上加以使用”(原口英刚)。外部采购的成本为50万~100万日元,不但时间上需要数个星期,而且和供货方之间的谈判、保密合同和数据传送等都非常繁琐。
在研究如何更加容易、而且快捷低廉地获得试制品的时候,高砂制作所偶然获得了某三维打印机半年时间的免费使用权。借着这个机会,该公司对以后引进三维打印机时,将可能有哪些用途,开始走访设计和制造一线。此时,亲眼看到利用三维打印机制作的立体模型实物后,由切身体验终于产生了需求。
高砂制作所根据调查结果得出结论,对强度的要求是最高的。虽然也有人强调透明性和精度等,但在设计评审(DR)和形状确认(初期讨论)等用途上,实际不需要那么高的精度(图7)。
与上述相比,作为组装性验证和制造现场的夹具等使用时,如果出现损坏就将豪无用处。在实施流量试验等功能试验时,由于试验机内部经常形成高圧,所以必须认真拧紧螺栓。
因此,决定优先确保强度,从而选择了可以溶融ABS树脂等热可塑性树脂,同时形成积层的三维打印机*4。(*4 在高砂制作所,共有4台树脂熔融三维打印机正在运转。 )
图7 燃烧器的试制品:利用不同颜色对部件的种类进行区分,更加容易把握部件的关系。由于比实物更小、更轻,从而可以轻松地从多个角度来观察确认形状。
在那之后,对精度的要求也越来越高。例如,作为教学用途等的试制品,需要将涡轮叶片1枚1枚进行准确的再现(图8)。所以,引进了以粘接剂来固定石膏等粉末材料的高精度三维打印机。这就形成了2种三维打印机区别使用的体制。