3D打印技術(shù)在真空熱成形工藝中的應(yīng)用與探究

薛皓 任劍飛 付杰 康逢君 徐妍 班嵐

摘 要：隨著3D打印水平的逐漸改善和提高，3D打印技術(shù)在產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)等行業(yè)也得到了應(yīng)用。同時(shí)熱成型產(chǎn)品越來(lái)越多，而真空熱成型抽真空所造成的壓差不大，一般用于外形簡(jiǎn)單的制品。本項(xiàng)目組將3D打印技術(shù)與真空熱成型工藝結(jié)合，設(shè)計(jì)一款家用小型真空熱成型機(jī)。

關(guān)鍵詞：3D打印;真空熱成型;包裝設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

熱成型工藝是將PVC片材加熱至一定溫度（通常為軟化溫度），在一定的外力作用下，在專門的模具型面上吸附冷卻定型后，修剪得到敞開立體形狀制品的一種加工方法。熱成型在包裝中的應(yīng)用十分廣泛，涉及醫(yī)藥包裝、保健品包裝、化工包裝、食品包裝等行業(yè)。

1 設(shè)計(jì)思路

通過分析研究真空熱成型包裝工藝與3D打印的核心技術(shù)，制作出符合用戶需求的包裝，利用3D打印技術(shù)打印理想的成型模具，設(shè)計(jì)真空熱成型原理加工出理想的塑料包裝。

1.1 真空熱成型的工藝原理

真空熱成型工藝是將熱塑性塑料片材加工成各種制品、較特殊的塑料加工方法。片材固定在框架上加熱到軟化狀態(tài)，在外作用力下，使其貼緊模具型面，最終取得與模具型面相仿的形狀。冷卻定型后，經(jīng)修整即成制品。原理示意圖為圖1所示。

1.2 3D打印

3D打印屬于增加材料制造，與減材制造不同，增加材料制造無(wú)需原坯和模具，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)文件，通過增加材料的方法生成多種形狀的產(chǎn)品。3D打印在塑料產(chǎn)品中的應(yīng)用主要以熱塑性塑料為加工對(duì)象的熔融沉積成型技術(shù)，3D打印可以快捷實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型。通過3D打印技術(shù)可以快速對(duì)傳統(tǒng)的注射、擠出、模壓等成型方法成型的塑料制品進(jìn)行打印。

2 真空熱成型機(jī)的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的研究定位于小型家用真空熱成型機(jī)，組成機(jī)構(gòu)包括：加熱機(jī)構(gòu)，升降架、控制箱等。3D打印機(jī)與真空熱成型結(jié)合為一體。

工作過程為：

（1）將PVC透明膠片固定;

（2）加熱機(jī)構(gòu)將PVC透明片材（0.2-1mm）加熱至相應(yīng)溫度（軟化溫度）;

（3）加熱后的薄塑料板下移，下降的同時(shí)繼續(xù)保持加熱，防止因溫度下降而降低PVC膜的塑性;

（4）當(dāng)升降架的底面與模具的頂層相接觸時(shí)，真空裝置工作，此時(shí)降低加熱溫度;

（5）當(dāng)塑料薄板運(yùn)動(dòng)到和底板貼合時(shí)，在真空和壓力的作用下，塑料板成型，冷卻后取出。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、便于操作，可用于包裝外形設(shè)計(jì)，滿足塑料包裝的單件小批量生產(chǎn);可根據(jù)客戶要求，生產(chǎn)出含有特殊定制圖案的塑料包裝;在真空熱成型工藝中應(yīng)用3D打印技術(shù)，可方便加工出成型時(shí)所需模具。

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項(xiàng)目：天津市創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“3D打印技術(shù)在真空熱成形工藝中的應(yīng)用與探究”（項(xiàng)目編號(hào)20181389010）