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利用三维激光扫描仪快速修正模具

Hy-Ten Plastics公司是美国新罕布什尔州Milford市一家年利润500万美元的注塑商。该公司在模制狗颈圈信号传感系统——DogWatch System 3000的外壳的过程中遇到了难题。狗颈圈传感器和信号接收器的外壳由两部分组成,Hy-Ten Plastics公司使用高流动性的PC(聚碳酸酯)注塑这种外壳。在注塑过程中,最大的挑战就在于需要用2×2组合模具一次成型4种塑料件,因此,要求两对半壳体的配合非常精确,并通过超声波焊接为电子元件提供防水密封。

据Hy-Ten Plastics公司的质检经理Craig Heinselman先生介绍,因为制品的几何结构非常复杂,从而使模塑后制品的收缩极不均匀,而且难以预测。如此不规则的收缩常常导致两个半壳体无法紧密配合。因此,解决这一问题的唯一方法就是在设计模具的时候,事先对制品可能发生的收缩量进行充分预测,然后通过对模具的修正,以获得尺寸精确的制件。

三维激光扫描仪应用

Laser Design公司的激光扫描仪能够快捷、准确地绘制出制品的表面形状图

通过早期的试验,Hy-Ten Plastics公司排除了原材料、模具冷却、充模时间和速度以及填充压力等工艺参数对收缩的影响,从而将研究重点集中到模具的型芯或型腔的设计上。

由于使用CAD/CAM软件所进行的流动模拟操作只能预测收缩对制品尺寸的影响,而不能确定制品实际变形的程度。因此,为了测定制品的实际形状,Hy-Ten Plastics公司使用了坐标测量机(CMM),通过一点一点地测量制品表面的位置来绘制制品的形状图,然后与用CAD模型做出的理想制品进行对照。通过对比二者之间的差异,设计人员能够准确地确定型芯或型腔尺寸的修正位置和修正量。

尽管如此,当处理一个复杂的三维轮廓时,往往需要几百万甚至几千万个点才能得到准确的几何形状,而在制品上产生这些点要花费数周的时间。即便如此,仍然无法确定是否漏掉了产生精确表面模型所需要的一些点。

为此,Hy-Ten Plastics公司求助于Laser Design公司。Laser Design公司使用了激光扫描技术来绘制制品的几何结构,仅仅5天时间,该公司就为各个样品建立了表面模型,且准确率达到0.001in(1in=25.4mm)。

Laser Design公司的设计服务部经理Larry Carlberg先生说,他们使用非接触性的、低能量的二极管激光系统来测量制件。当系统发射出的激光束扫描到制品表面时,每秒钟可定义15000~50000个点。通常,激光可以标绘1000~2000万个点,但是准确的分析只需要100~500万个点即可。例如,可以在15~20min内,对一个表面积为6平方英寸的制品完成双侧扫描,准确率达±20mm。

当标绘出的点被传送到Raindrop Geomagic公司提供的Geomagic Qualify软件包中以后,该软件即生成制品的详细尺寸数据。将这一尺寸数据与原始CAD设计图相比较,并利用这两个数据源,可以绘制出产品表面形状的彩色差异图,此彩色差异图为模具的修正提供了便利。

根据这个彩色差异图,模具制造商花费了9天的时间调整模具,最终,Hy-Ten Plastics公司用6天时间就制造出了新的样品。采用传统方法时,通常要经过数月的时间并反复进行昂贵的试验,而使用这种方法后,仅用了20天就完成了所有的工作, 对此,Carlberg说,采用激光扫描,只需要很少的时间就可以得到高质量的制品结构图,以帮助注塑商们准确了解样品与设计意图的差异。虽然这样的激光扫描系统及其软件的费用较高,但是,快速准确地完成对模具的修改工作,这对于模塑商们来说还是很划算的。


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