250万元一台的注塑模具镶件金属3D打印机，Mantle开始商业化

2022年9月7日，南极熊获悉，Mantle公司推出一款价值35万美元（约250万人民币）的新设备，它可以3D打印用于注射成型塑料的模具镶件。

技术背景

塑料注塑成型是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。该工艺始于20世纪20年代，已有近百年的发展历史，是目前使用非常广泛、非常成熟的工业制造技术。

但是制造这些钢模是极其精确的工作，需要很长时间（多年）才能成为一名工具制造者。另外，培养一名合格的工具制造者，除了需要足够的时间，还需要经验和相应的设计能力。

还有一点，虽然注塑件可以快速制成数万个，但是制造这种工具需要花费数周的时间。对于那些小型模具公司而言，通常需要六到八周或更久。尤其在全球供应链中断期间，有的甚至可以达到12周以上。因此，Mantle抓住这个3D打印模具市场前景。

△TrueShape技术可生产满足工具制造商苛刻要求的精密部件

遇到的问题和市场前景

但是，熊友们可能会问，为什么不直接3D打印这些模具呢？其实这里面涉及很多问题。这些工具需要非常耐磨、精确、耐温，而且表面处理需要近乎完美。目前，没有太多的3D打印技术能满足所有的要求，所以，这也是Mantle看好该领域的一个重要切入点。

Mantle公司的首席执行官兼联合创始人Ted Sorom兴奋地回忆起公司的起源，他表示："我被介绍给我的联合创始人，他已经开始使用3D打印技术，来制造连接太阳能电池板的导线。从那时起，他开始尝试打印实物，而我对创办一家珠宝公司并不感兴趣。大约一个半月后，他在非常便宜的设备上打印出了低碳钢，在当时，还没有其他人能做到这一点。所以，早在2015年，我就加入了他，并将技术推向市场。在过去的六年里，我们一直闷头开发。”

当两人开始用低碳钢打印时，Sorom立即意识到，会有一个非常重要的大市场可以使用这项技术。

他们不是用3D打印机来小批量打印零件或原型零件，而是用3D打印机来制造对大规模制造过程至关重要的零件（例如模具），无论是冲压模具还是注射成型工具。两者都需要极其精确的表面光洁度和耐用性。

Sorom解释：“工具领域的表面光洁度、公差和材料耐久性要求是极其苛刻的，这些工具被用于数百万次的循环，以实现大规模重复生产。因此，我们已经创造了一种技术，可创造最终零件的嵌件。我们今天打印的材料类似于P20工具钢，我们称之为P2x。另一种是H13钢。”

P20和H13，这是两种常用的注射成型材料，它们具有极强的耐用性，对于模具来说可以使用数十万次，甚至数百万次。

△TrueShape技术对应客户需求，生产的精密部件

TrueShape工艺

该公司开发出一种FDM工艺，打印过程类似于MakerBot等公司的长丝打印机，采用一种膏状材料，使用的是混有金属粉末材料的液体。在打印完一层后，通过干燥过程去除液体成分，从而形成了一个密集的金属粉末体。10层左右后，该过程会使用高速切割工具（很像数控铣床）来切割少量的材料，从而形成所需的表面光洁度和公差。每隔10层左右重复一次。

Sorom解释道：“在这个过程的最后，由金属粉末组成的构建体，被密密麻麻地粘合剂固定在一起。再把它放进一个炉子里，将它浓缩成一个固体金属零件。也就是说总共分为两步。第一步在机器上打印和成型，第二步在炉子里烧结零件。”

打印一部分之后，就使用集成在机床身上的高速铣刀头进一步成型。这一步可以提高了部件的尺寸精度，同时获得高质量的表面效果。

△铣削过程

最后，零件在熔炉中烧结，使聚合物从金属颗粒中脱出，并将金属烧结成一个致密的固体部件。

△脱脂烧结过程

△最终成品金属件

这样做的好处是，数控机床在获得高精度零件方面非常出色，但难点是，工具钢非常坚硬，数控机床的切割工具切割过程非常缓慢。所以，通过在烧结前对零件进行整形，该公司得到了两方面的好处：得以再更软的材料上进行精密整形，然后 "烘烤 "零件实现最终硬化。

Sorom说：“这就是我们为何能够得到一个具有表面光洁度和细节的产品，这也是我们为客户节省大量时间和成本的地方。我们采用3D打印生产这些模具的时间减少了70%，成本减少了50%。"

这些机器需要35万美元这听起来可能很贵，但对于制造工具的金属加工厂来说，这与他们已经使用的EDM和高端CNC设备大致相符。所以，一台35万美元的设备，可以将生产时间缩短70%，这绝对是一笔划算的买卖，据了解，该公司的第一批生产系统计划在2023年上半年交付。

△该视频解释了Mantle的TrueShape工艺，如何制造高精密和表面光洁度的零件

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