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數字咬花:利用數字數據讓樹脂具備皮革的外觀-余姚模具數控培訓

數字咬花:利用數字數據讓樹脂具備皮革的外觀

2013年4月17~20日,為期四天的INTERMOLD2013/模具展2013/模具沖壓加工技術展2013在東京有明國際會展中心舉辦。會上,一項名為數字咬花的加工技術吸引了眾多參觀者的關注。 
 
咬花是指在模具表面形成的微細的紋路。通過把形成在模具表面的咬花轉印到樹脂成形制品上,可以形成如同皮革一般漂亮、富有設計性的紋路(裝飾圖案)。一般的方法是利用蝕刻在模具表面形成微細紋路,而數字咬花是將CAD/CAM等數字技術與切削、放電加工、激光加工等機械加工技術組合在一起實現同樣效果的方法。 
 
數字咬花與過去的蝕刻方式相比具有以下優點:(1)無需依靠熟練工即可實現自然的咬花;(2)便于實現咬花加工商已有裝飾圖案中沒有的咬花;(3)咬花不隨制作的模具發生變化;(4)不產生掩模膠帶、蝕刻使用的酸性溶液等工業廢棄物;(5)容易模擬加工、修改花紋。 
 
需要熟練技術的傳統咬花加工 
 
下面是傳統的蝕刻咬花加工的流程。 
 
首先是通過清洗工序,除去模具上附著的油污和灰塵。然后是用膠帶和涂料遮擋住模具側面和底面不進行咬花加工的部分的掩模工序。之后是使用耐酸油墨等材料描繪出作為咬花的微細花紋的印花工序。接下來,使用酸性溶液等,腐蝕模具表面沒有耐酸油墨覆蓋的露出來的部分,在模具表面形成有凹凸的紋路。根據咬花紋路的復雜程度,印花與腐蝕有時要重復多次。最后一道工序時按照需要,通過噴砂等方式調整光澤度。 
 
印花工序中,除了使用耐酸油墨之外,還可以使用曝光用薄膜和光刻膠。先在曝光用薄膜上繪制咬花的紋路,再在模具表面涂抹光刻膠,貼上薄膜,通過曝光與顯影,在表面保留與咬花紋路對應的光刻膠。然后使用酸性溶液,腐蝕模具表面沒有光刻膠覆蓋的暴露出來的部分。 
 
傳統的蝕刻方式的大部分工序都是手工操作。而且,為了使咬花更加自然,使用耐酸油墨描繪微細的紋路、使平面的曝光用薄膜與模具的曲面形狀緊密貼合的操作需要非常熟練的技術*。而且,蝕刻方式還會產生掩模膠帶、酸性廢液、曝光用薄膜、光刻膠等工業廢棄物。 
 
*要想讓曝光用薄膜與模具的曲面形狀緊密貼合,就必須把薄膜割開。這時,為了讓咬花顯得自然,還要補繪紋路以掩蓋接縫。 
 
在三維數據上粘貼凹凸數據 
 
而數字咬花的流程則要簡單的多。首先,創意設計師把咬花紋路制作成有深淺的二維數據。然后使用三維創意設計用CADfreeform和三維CG軟件Maya等工具,把二維數據作為凹凸紋理,粘貼在樹脂部件(或模具)的三維數據上。 
 
接下來,為凹凸紋理添加與深淺程度相對應的高度信息(凹凸數據)。然后在樹脂部件(或模具)的三維數據上減去(或加上)凹凸數據,制成帶咬花的三維數據。最后,以STL(Standard Triangulated Language)數據的形式輸出,制成CAM加工使用的NC數據,進行咬花加工。 
 
在樹脂部件(或模具)的三維數據中減去(或加上)凹凸數據的時候,還可以在計算機上設置掩模,制作不添加凹凸數據的區域。不僅如此,對于不同的區域,還可以使用不同的紋路。 
 
如上所述,到制作NC數據為止,數字咬花加工的各個步驟都是在計算機上完成,不僅途中修改咬花紋路非常方便,還可以輕松地在拼接使用的部件上實現連續的花紋。除此之外,有助于實現對齊花紋等調整操作的輸入裝置也已登場,進一步降低了實現自然的咬花的難度。 
 
軟件、機床及材料的發展使數字咬花成為可能 
 
在模具表面加工出咬花可以使用的方法包括切削加工、放電加工、激光加工等。 
 
其中,牧野銑床制作所采用的是使用石墨電極的放電加工方法。具體來說,就是按照上面介紹的步驟,使用freeform等工具,以STL數據的格式輸出帶咬花的三維數據,把數據發送到該公司的CAM軟件STLCAM中,制作出切削石墨電極使用的NC數據,以及切削模具材料(鋼塊)(粗加工)使用的NC數據。這種加工方式的實現,依靠的是freeform等軟件的發展,切削石墨電極的加工中心和將電極形狀轉印到模具上的放電加工機的進化,以及能夠在石墨電極和模具上形成細微形狀的材料的登場。 
 
森精機制作所是利用激光加工實施咬花加工。這種方式是使用Maya這一軟件,以STL數據的格式生成帶咬花的三維數據,發送到SAUER的激光加工用CAM軟件LASERSOFT 3D中,制作出形成咬花所需的激光加工用NC數據。SAUER已經推出了適合此類咬花加工的激光加工機LASERTEC 65 Shape,使用LASERSOFT 3D可以制作該激光加工機使用的NC數據。
 
如上所述,數字咬花不會產生掩模膠帶以及用于蝕刻的酸性溶液等工業廢棄物。使用CAM軟件的加工模擬功能,還能事先確認效果。而且,因為制作模具使用的是相同的NC數據,所以還可以消除模具之間咬花紋路的微小差異。
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