美國(guó)3D Systems公司開(kāi)發(fā)出了利用3D打印機(jī)使樹(shù)脂部件成型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的概念生產(chǎn)線“Figure 4”，并在近日舉辦的美國(guó)機(jī)床展“IMTS2016”(芝加哥國(guó)際機(jī)械制造技術(shù)展覽會(huì))上展出。該生產(chǎn)線能夠混流生產(chǎn)8種樹(shù)脂部件?？赏ㄟ^(guò)無(wú)人化降低成本。

在會(huì)場(chǎng)上，3D Systems現(xiàn)場(chǎng)演示了USB外殼、助聽(tīng)器及耳機(jī)等的耳塞部分、歧管、管狀部件等的成型過(guò)程(圖1)。

圖1：成型的樹(shù)脂部件樣品

概念生產(chǎn)線為模塊型結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，各工序采用模塊化設(shè)計(jì)。該概念生產(chǎn)線由3個(gè)模塊工序構(gòu)成：(1)打印工序、(2)清洗工序、(3)硬化工序。

(1)打印工序采用光造型(SLA)技術(shù)，使用的材料是紫外光固化樹(shù)脂(圖2)。具體操作時(shí)，將液體狀的紫外光固化樹(shù)脂注入樹(shù)脂槽，向樹(shù)脂液表面照射紫外線激光。這樣，紫外線激光照射之處的樹(shù)脂液就會(huì)固化，成為樹(shù)脂部件的一部分(薄層)。另外，固化的部分會(huì)貼附在平板上。

圖2：打印工序。采用光造型技術(shù)制造樹(shù)脂成型體

照射一次紫外線激光可得到厚度為10～30μm的固化層。第一層固化后，支撐樹(shù)脂成型體底部的網(wǎng)狀金屬平板就會(huì)抬升與固化高度相當(dāng)?shù)?0～30μm(注：樹(shù)脂成型體是向下堆積的)，接著再向樹(shù)脂液的表面部分照射紫外線激光，制造第二層固化層。通過(guò)如此反復(fù)照射紫外線激光，直至固化層堆積至所需高度。堆積完成后，具有所需部件形狀的樹(shù)脂成型體便完成了。

在完成成型后，由安裝在天花板上的機(jī)器人將各平板上的樹(shù)脂成型體從樹(shù)脂槽中逐一提起，放到置物臺(tái)上。

該打印工序設(shè)有8個(gè)樹(shù)脂槽，可用各個(gè)樹(shù)脂槽成型不同的樹(shù)脂部件。也就是說(shuō)，基本可同時(shí)混流生產(chǎn)8種樹(shù)脂部件。

接著進(jìn)入(2)清洗工序(圖3)。該工序有4個(gè)清洗槽，每個(gè)清洗槽的尺寸都?jí)蚯逑?個(gè)樹(shù)脂成型體。由小型垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人從置物臺(tái)抓起各平板上的樹(shù)脂成型體，從第一個(gè)清洗槽到第四個(gè)清洗槽依次浸入。由此來(lái)去除樹(shù)脂成型體上附著的多余樹(shù)脂液。

圖3：清洗工序。通過(guò)浸泡樹(shù)脂成型體來(lái)去除多余的樹(shù)脂液

完成清洗后，轉(zhuǎn)入(3)硬化工序(圖4)。這是向樹(shù)脂成型體再次照射紫外線激光，提高硬度及強(qiáng)度的工序。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人將各平板上清洗后的成型體抓起，放入“紫外線烘箱”(3D Systems公司的產(chǎn)品)中照射紫外線激光。經(jīng)此工序調(diào)整硬度及強(qiáng)度后，樹(shù)脂部件就最終完成了。

圖4：硬化工序。通過(guò)再次照射紫外線激光使樹(shù)脂成型體變硬

整個(gè)流程的加工很快，有的產(chǎn)品只需要10～30分鐘。此外，由于不需要模具，因此該概念生產(chǎn)線適用于多品種少量生產(chǎn)及大規(guī)模定制。