3D打印技術在真空熱成形工藝中的應用與探究

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打印技術在產品包裝設計等行業也得到了應用。同時熱成型產品越來越多，而真空熱成型抽真空所造成的壓差不大，一般用于外形簡單的制品。本項目組將3D打印技術與真空熱成型工藝結合，設計一款家用小型真空熱成型機。

關鍵詞：3D打印;真空熱成型;包裝設計

中圖分類號：G42文獻標識碼：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用十分廣泛，涉及醫藥包裝、保健品包裝、化工包裝、食品包裝等行業。

1 設計思路

通過分析研究真空熱成型包裝工藝與3D打印的核心技術，制作出符合用戶需求的包裝，利用3D打印技術打印理想的成型模具，設計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，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，增加材料制造無需原坯和模具，直接根據計算機圖形數據文件，通過增加材料的方法生成多種形狀的產品。3D打印在塑料產品中的應用主要以熱塑性塑料為加工對象的熔融沉積成型技術，3D打印可以快捷實現各種復雜結構的成型。通過3D打印技術可以快速對傳統的注射、擠出、模壓等成型方法成型的塑料制品進行打印。

2 真空熱成型機的設計

本項目的研究定位于小型家用真空熱成型機，組成機構包括：加熱機構，升降架、控制箱等。3D打印機與真空熱成型結合為一體。

工作過程為：

（1）將PVC透明膠片固定;

（2）加熱機構將PVC透明片材（0.2-1mm）加熱至相應溫度（軟化溫度）;

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

（4）當升降架的底面與模具的頂層相接觸時，真空裝置工作，此時降低加熱溫度;

（5）當塑料薄板運動到和底板貼合時，在真空和壓力的作用下，塑料板成型，冷卻后取出。

3 結語

本項目設計的成型機結構簡易、便于操作，可用于包裝外形設計，滿足塑料包裝的單件小批量生產;可根據客戶要求，生產出含有特殊定制圖案的塑料包裝;在真空熱成型工藝中應用3D打印技術，可方便加工出成型時所需模具。

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項目：天津市創新訓練項目“3D打印技術在真空熱成形工藝中的應用與探究”（項目編號20181389010）