从16周缩短为3周,模具3D打印实现复合浴缸和淋浴生产的自动化

2023 年 11 月 15 日

    2023年11月13日,美国传统复合材料浴室制造商Lyons Industries表示,为了尽可能实现生产流程的自动化,该公司已经购买了Massivit 10000 3D打印制造系统,以快速生产高性能模具和支撑夹具。

△为了应对劳动力短缺问题,Lyons一直在逐步推进自动化流程,以取代生产复合浴缸采用的传统劳动密集型喷涂流程

拓展自动化流程应对劳动力短缺问题
      Lyons工业是一家家族企业,专注于玻璃纤维复合浴缸和淋浴器的生产,它拥有超过50年的经营历史。该公司总裁Lance Lyons表示,他们的工厂占地13.5万平方英尺,每天能生产1000多件产品。这些浴缸和淋浴器的制造过程采用真空成型和喷涂工艺。首先,它们在烤箱中加热一块丙烯酸塑料,然后在环氧树脂阴模上拉伸,以生产特定的产品形状。接着,模具被安装到真空成型机中,通过抽真空使塑料成型成模具的形状。在冷却后,这些塑料部件(被称为外壳)被装载到支撑夹具上,然后移入喷漆室,在那里它们被喷上短切玻璃纤维和树脂。随后,零件在大型工业烤箱(Lance公司称之为“热隧道”)中固化,然后进行冷却、修整和包装。
      传统上,大部分工作都是手工完成的。然而,Lyons解释说,在过去的几年里,该公司逐渐增加对自动化的依赖,以解决劳动力短缺的问题,同时提高最终产品的质量和一致性。目前,该解决方案包括半自动推车移动系统和机器人装载机(用于将零件从一个站点转移到另一个站点)、两个玻璃纤维喷涂机器人、机器人水射流切割机,以及用于增材制造模具和支撑夹具的Massivit 10000工业3D打印机。Lyons表示,创建工具和支撑夹具是该流程中耗时最长、劳动力最密集的部分之一。因此,该公司开始研究3D打印系统,以直接打印高质量的模具和支撑夹具。

△Massivit 3D打印系统安装在Lyons的合作伙伴Prestige Tooling公司内,使用3D打印技术设计和制造模具

大尺寸复合材料模具3D打印机MASSIVIT 10000

Lyons最终决定购买Massivit 10000系统,该系统通过四个步骤运行。首先,根据最初的CAD设计,使用两个打印头打印模具或固定装置:第一个打印头沉积防水热固性聚合物,在外部形成牺牲壳层。第二个打印头以高强度打印实际模具。外壳内部采用高性能环氧树脂CIM 500。这种材料在高温下具有一致且低的热膨胀系数(CTE),形成真正的各向同性模具。其次,整个印刷结构在烤箱中固化。第三,将结构浸入一桶清水中,外壳在其中破裂。最后,所得模具即可完成并可供使用。

该系统将安装在合作伙伴公司Prestige Tooling(美国印第安纳州埃尔克哈特)的工厂,该工厂多年来一直为Lyons Industries制造模具。Lyons补充道,自动化并不是一项简单的一次性投资:“你不能只安装3D打印机、机器人或锯子。你还需要升级电气系统、基础设施、计算机和软件。这是一个过程。”

一切就绪后,Massivit系统于2022年秋季在Prestige安装,并于年底开始运营。Lyons解释说:“我们逐步应用了Massivit系统,从淋浴底座的支撑装置开始,然后转向制作浴缸支撑装置,该底座长4-5英尺,宽2-3英尺,但厚度仅约一两英寸。一旦我们弄清楚了这一点,我们就开始制作我们的第一个浴缸支撑装置,它也长约5英尺,宽约2英尺,但深近16英寸。”

在使用Massivit系统打印固定装置时的一些考虑。首先,相对较小的固定装置可以作为一件整体进行打印。然而,当需要打印更大、更复杂的零件,如浴缸模具时,就需要将其分成两部分进行打印。虽然后续可能需要一些打磨和表面处理工作,但整个过程与传统的制造流程有很大的不同,并且公司一直在不断改进工艺,以制造越来越大的零件。

△在打印过程中,外层采用热固性聚合物牺牲层充当支撑层,其在浸入水中时会自行破裂;而内层模具则由高性能环氧树脂制成。在图中展示的支撑夹具被用于制造尺寸为60×32×19英寸的浴缸
    他补充道:“这是模具制造的一个显而易见的解决方案,因为你无需先制作模型,然后根据该模型铸造模具,而是直接制作用于生产的模具或支撑夹具。”3D打印过程的数字化也有助于确保质量的一致性。Lyons强调:“原本需要16周时间完成的工作,现在只需3-4周即可完成,而且只需要很少的人力。我们能够更快地为客户生产更好的产品,对于我们的员工来说,这是一个更简单的过程。”

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