用3D打印的模具生产原型发泡座椅

作者:Additive Manufacturing STEPHANIE HENDRIXSON(本刊编译) 发布时间:2021-07-01
汽车制造商们和其他的OEMs要求用模具来制造像坐垫这样的发泡部件,3D打印的模具可能是原型制造这些部件的一种更快、更经济的方法。

“如果一辆普通的汽车能够搭载5名乘客,就意味着它有驾驶座和副驾驶座、驾驶座和副驾驶座的后排座位,外加一个中间座位,也就是说,一辆车会有5种不同的座椅设计。”美国Catalysis Additive Tooling公司(以下简称Catalysis公司)的总经理Darrell Stafford介绍说,每个座椅配置都需要自己的一套发泡部件,这意味着从一款新车型的原型阶段开始,将需要数套模具来成型它们。

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用在汽车上的每一个座椅坐垫和其他的发泡部件都需要模具。如果汽车上不同位置的每个座椅拥有的配置略有不同,那么每个座椅都需要自己的一套模具和原型(图片来自Catalysis Additive Tooling)

原型车,特别是那些被用来进行碰撞和功能测试的原型车,需要采用最终汽车所使用的设计和材料来制造发泡的坐垫、靠背和头枕,这意味着在早期就要投资模具。生产这些发泡部件的模具,通常由机加工铝坯制成,这种模具也用于生产原型部件。制造这些模具,可能需要两个月甚至更长的时间,每副模具可能需要花费$25000。因此,针对拥有5种不同座椅配置的汽车,汽车制造商可能需要数十万美元的模具投资来制造这些原型部件,却并不知道这笔投资是否能用于最终的量产。

图2

这个发泡坐垫样品由FX 模具制成。与通常所需的6~8周相比,制模时间显著缩短,仅用了大约两周。用于生产这种坐垫样品的全尺寸机加工铝制模具,大概需要花费$25000,但采用Catalysis的砂基方法,只需要大约$8000

这正是Stafford认为3D 打印可以发挥作用之处,或者更确切地说,是3D打印的模具。为此,Catalysis公司开发了一种名为FX tooling的技术,可以用其3D打印出砂型,这种砂型与用于制造铸模(用于生产金属铸件)的砂型是一样的。采用一种专利的树脂渗透砂型,即可使之成为适用于真空成型和热成型等工艺的耐用模具。

Stafford介绍说,由于发泡成型需要在低温、低压下完成,因此这种砂基模具可以很容易地承受原型以及发泡部件的短周期生产过程。相比传统的机加工铝模,汽车制造商及其供应商们可以用更少的花费、更快速地制成这种模具。FX模具可以快速制造和更换,但也支持设计的修改, 因而能够更方便、更低成本地实现迭代。按照Catalysis公司的估计,一副典型的座椅发泡模具可以在大约两周的时间内制成,成本大约只有传统机加工模具的1/3。

图3

作为一项测试的一部分,这幅缩尺的汽车座椅坐垫模具被用来检查FX模具的涂层是否会在成型期间与泡沫材料发生反应。测试表明,不会发生反应,但这里看到的表面光洁度并不代表刚开发出来的模具原样

现在,Catalysis公司已经有了一些一级汽车供应商客户,他们正在利用这一选项,生产原型的泡沫坐垫。从理论上讲,FX模具可以承受大批量的生产,但Catalysis 公司还没有机会测试这一数据。

“我们正在从原型开始,然后也许我们会转向最多5000个左右的专业化生产。”Stafford 介绍说。

实际上,在原型制造与5000个量产之间,还有许多其他的应用机遇,这也是该公司正在探索的。除汽车外,发泡座椅还被用在飞机、家具和其他许多地方,因此,可以利用3D打印的模具进行生产,而无论的原型还是量产。

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