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采用数字光处理制造3D连接器

2020-11-10 13:50:19 来源:连接器世界网 作者:增材制造主编Peter Zelinski
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众所周知,增材制造(AM)的好处包括几何复杂度和缩短的交货时间,但波士顿微制造(BMF)所带来的潜在好处却鲜为人知。也就是说,AM可以提供一种有效且易于使用的方法来制造微小的零件——小到可能需要用显微镜才能清楚地看到。

3D打印的电连接器提供了一个示例。 由于需要制作微型模具,因此通过注塑成型制造零件具有挑战性,而相比之下,在BMF的高分辨率3D打印机上生产零件则非常简单。本文中,我们谈论AM作为微成型和微加工的替代方法。

Carpenter Additive公司位于阿拉巴马州雅典市的新兴技术中心,是一家端到端的增材制造生产公司,可以随时完成下一个金属3D打印工作。

增材制造是制造微小零件的潜在解决方案,并且可能提出一种简便的方法。人们经常指出3D打印的挑战之一就是分辨率问题。

这些是用于非常紧凑的电子组件的微小连接器。它们是由Boston Micro Fabrication(BMF)制造的,如果不用于3D打印,则类似的零件将通过注塑成型来制造,它可以制造出具有特征的型腔和纤芯,但如此精密的微小模具虽然未来可以做到,但这具有挑战性,并且这样的模具很昂贵。

要做出此类微小零件,3D打印方法明显并不十分合适,那么Boston Micro Fabrication正在使用什么技术?

BMF正在做DLP,数字光处理。树脂和光学元件浴可固化整个层,一次可固化一层,这不是一个逐点工艺。还有其他3D打印制造商使用DLP,但他们将其用于更多的宏尺寸组件。 BMF带来的是,它们为机器增加了一些功能,一种是真正精确的x-y运动。

实际上,树脂床是在x和y方向上移动的,因此光学器件可以保持静止,并且树脂床逐层微小地下降。精确的x-y运动与非常精确的光学元件结合在一起构成了零件。

BMF公司首席执行官John Kawola说,获得良好的分辨率取决于工艺,如果使用的是FDM工艺,则通常与喷嘴尺寸有关。如果使用的是基于激光的工艺,则通常要根据光束的宽度来获得所需的分辨率。在DLP工艺中,这实际上与图像分辨率有关,分辨率越高,图像越清晰。我们使用的是1080p DLP投影仪,但是随后我们还使用了镜头来真正聚焦该分辨率,甚至可以将其精确地聚焦到我们真正想要的10微米光学分辨率。因此,这是使像素变小以及使分辨率达到我们拥有的高性能的关键。

这是一个解决方案,不仅适用于这些微小的小零件,而且适用于具有优良特征的大型零件,或者对于注模而言可能困难或具有挑战性的事情。比如微小的电连接器、微小的医疗小部件和微流体部件。

对于要通过常规工艺进行最终制造的零件而言,该工艺和工具确实非常困难,那么在必须进行这项投资之前,使用3D打印来进行零件设计仍然很有意义。原型制作是BMF最初看到该技术的前景以及迄今为止所解决的问题的地方,但他们也认识到,在成本比较的基础上,对于某些非常微小的零件的生产应用,也许是3D打印平台确实是要走的路。

在常规制造业中,“小”的挑战很大。注塑模具可以做到如此微小的零件,有模具制造商知道如何做到这一点,但是数量不多,这具有挑战性工作。同样,在某些情况下,微加工是使用直径如此小的切削工具完成的,几乎看不到它们,诸如此类的工具在设置和使用这些工具时会带来处理挑战。

但相比之下,具有精确度、分辨率和精细度的3D打印工艺是生产这些微小零件或具有这些微小特征的零件的相对简单的方法。

对于很多小的零件,无论是电连接器还是其他应用,传统的制造方法要么是微注射成型,要么是微加工。在许多方面,零件越小,工艺越昂贵。这就是挑战:在某些情况下,成型或安装所需的工具以及CNC加工所需的设备要比制造标准塑料零件贵一个数量级。3D打印的希望就是让难以成型的零件或难以加工的零件容易进行3D打印,这种技术有望取代传统的制造方法。

令人惊讶的是,很多3D打印工艺(DLP就是其中之一)涉及支撑结构。完成打印后,必须以某种方式删除那些支撑结构。而在树脂浴中,树脂的浮力非常小,因为这些部件是如此细小,以至于浮力能提供足够的支撑。在许多情况下无需结构。

微型3D打印还可以代替金属零件,比如青光眼支架。按照惯例,它是由钛制成的。但它经过微机械加工,潜在的3D打印替代品是由生物相容性聚合物制成。目前,这种支架需要进行两次手术:一次放入,然后取出。而生物相容性替代物可能会溶解在体内,从而消除了第二次手术。因此,更改工艺就可以进行这种材料更改,从而彻底改变手术的性质——变得非常容易。

BMF现在下一步真正考虑的是要进入生产阶段,使用该平台可以重复制造这些微小的零件。John Kawola认为,今天拥有的平台可以满足我们的原型设计需求,并且我们拥有一系列可以很好满足这些需求的材料。我们认为平台的速度和生产率对于原型设计需求而言是相当不错的。但是,当您真正转向生产应用时,需要选中三个框。

第一个方框是零件本身需要在精度、表面光洁度和细节方面与末端零件的要求相匹配。

第二个框是材料属性。如果材料不能100%匹配,则需要足够好或足够接近。根据应用,这涵盖了机械性能、热性能以及可能的介电性能。我们正在内部进行材料方面的研究,并与合作伙伴一起开发材料以匹配这些生产材料。

第三个框是速度:如果尝试采用3D打印应用,并使用它来替代当前的传统制造方法,则需要具备经济性。也许会为便利性、分布式制造的承诺以及没有工具和库存而付出更多,但是不会花更多钱,它需要能够满足客户的经济要求。在很多方面,可以归结为材料成本、设备成本和速度。我经常认为速度等于金钱,如果您有一台慢速的机器,那意味着您需要大量的机器,这可能不经济。

这些零件以150的批次打印,每批次大约需要两个小时的构建时间,大约7个小时内可以生产500个零件。

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