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足球外围乐高玩具的注塑工艺以及在科学研究领

更新时间:2020-01-20 06:42
 

  位于欧洲的小国丹麦有两样东西对世界产生了深刻的影响,一是安徒生童话,另一个是乐高积木玩具。2016年,乐高的营业额达到51亿欧元,盈利12.4亿欧元,超越Mattel(芭比娃娃的母公司)成为了世界最大的玩具公司。每小时,乐高的丹麦工厂可以产出超过300万块积木;;2015年,乐高投资数十亿欧元在中国嘉兴开设工厂。足球外围,工厂占地面积31.5万平方米,为亚洲区提供超过80%的产品。

  由于注塑工艺特殊,乐高能够保证砖块拼接之后的缝隙小于2微米。据乐高透露,每生产1百万块乐高砖,不达标的只有18块。

  在传统的塑料产品生产流程中,产品设计师要首先将设计方案交给模具设计师,后者设计相应的模具;模具实物制作完成后,工程师以注塑的方式进行试验,这被称为试模,然后才能把模具投入到塑料产品的生产过程中。足球外围试模过程中一旦发生问题,不仅需要重新设置工艺参数,如熔体温度、注入压力、冷却液温度等,甚至还需要修改模具和产品的设计方案。这种依靠试验、修改、再试验的反复试错过程必定增加前期的研发成本,延长产品投入市场的周期。

  乐高的精细而又大规模的生产注定了这种传统方法是不可取的。因此制造者巧妙修改了注塑机的工作进程,运用到下述注塑成型技术。

  乐高使用的原料是ABS颗粒,它们首先被真空干燥处理。生产过程中,这些颗粒经过管道进入注射成型机,机器使用的模具精度非常高,误差仅为0.002mm。

  机器在温度232摄氏度时将颗粒熔解,然后将熔解的ABS注射到模具中并施加25至150吨的压力。大约7秒钟后,崭新的乐高积木冷却并落到输送带上。它们到达输送带的尽头后,将落入一个箱子中。

  箱子装满后,成型机向机器人发出信号,机器人就会搬起箱子并把它送到装配车间。在装配车间里,机器要将图案压印到积木上,装配需要多块乐高组件,如迷你人型,机器通过对特定的组件精确地施加压力进行装配。

  乐高积木是一个典型的注塑成型技术应用的例子,你可以在乐高积木的表面上看到注塑成型的痕迹。

  当你把单个的乐高积木剖开来,你会发现其内部中间的两根却有1.5°的倾斜,正是这种设计使得乐高积木能够从模具中取出

  乐高在模具设计也十分精细,模具里要刻上乐高的logo,这对模具精度要求很高,只有模具设计精密,才能让注塑的零件阻尼适中,而且均匀,而且不同批次零件手感几乎没有差别。圆润光滑,砖块有棱有角,大片的零件平整度很好零件没有毛刺,故契合度特别好。

  由于任何两块乐高积木都可以通过插拔卡槽固定,这种高精度和高一致性,为科学领域的系统模块化的设计提供了基础。很多学者利用标准乐高砖制作试验模型。比如美国加州大学欧文分校(UCI)的研究者借用乐高模块化的特点,采用3D打印技术制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)积木并集成出定制的微流控系统。不同的积木具有各种不同的功能,通过乐高般的搭接,就可以轻松地构建复杂的微流控系统,而且滴水不漏。

  相比于3D打印,注塑成型(injectionmolding)有诸多优势,比如可以采用多种聚合物为原料,具有出色的尺寸控制(公差小于50μm)、非常光滑的表面(平均粗糙度小于1μm)以及极高的生产速度(一个组件仅需数秒)。

  直接使用注塑成型的市售乐高积木,无疑已经解决了原料问题和模块标准化的问题。研究者利用台式微型铣刀在乐高积木的侧壁刻出500μm宽的微流道,然后贴上一层透明的薄膜用来密封。根据微流道样式的不同进行组合,就可以实现不同的功能。比如弯曲的微流道可以实现液体流速的控制,Y形微流道可以实现不同比例液体混合的控制。

  研究者进行了一系列测试,证明他们基于市售乐高积木和微加工的模块化微流控系统具有很好的性能,可以完成光学传感等多种任务。另外,他们还将自己的系统与基于3D打印的模块化微流控系统进行了比较,不用说,无论是采用熔融沉积成型(FDM)工艺还是光固化立体造型(SLA)工艺,3D打印技术都落于下风。返回搜狐,查看更多

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