淺析3D打印在容器模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用

楊國(guó)星

[摘 要]增材制造也稱為3D打印，這類新式打印方式可用來(lái)填補(bǔ)傳統(tǒng)打印的缺陷，在根本上更新了日常的打印流程。相比來(lái)看，3D打印表現(xiàn)為更多的優(yōu)勢(shì)，因而日益適用于現(xiàn)今的打印領(lǐng)域。在制造容器模具時(shí)，3D打印可用來(lái)提供精準(zhǔn)的模具外形并且減低了容器制造耗費(fèi)的總成本。從目前應(yīng)用看，制造容器模具的相關(guān)領(lǐng)域更多采納了新式的3D打印。對(duì)于此，有必要解析制造容器模具過(guò)程中的打印技術(shù)根本原理。結(jié)合制造業(yè)的真實(shí)狀態(tài)，探析3D打印在制造流程中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]3D打印；容器模具制造；具體應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）17-0316-02

從現(xiàn)狀來(lái)看，模具制造在總體工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)占有更明顯的位置，工業(yè)制造的各流程都不可缺乏模具制造。最近幾年，模具制造表現(xiàn)出更優(yōu)的成效性，這種基礎(chǔ)上也便利了各環(huán)節(jié)的容器制造。然而不應(yīng)忽視，模具制造仍沒(méi)能達(dá)到完善，有待長(zhǎng)期的改進(jìn)。這是由于，開發(fā)特定容器模具的流程是較復(fù)雜的，容器本身以及模具的制造應(yīng)當(dāng)彼此吻合[1]。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)及制作容器模具的總體質(zhì)量密切關(guān)系到容器產(chǎn)品的特性，也關(guān)乎市場(chǎng)內(nèi)的銷量。若要在根本上減低成本并且創(chuàng)造更優(yōu)的產(chǎn)出，就要逐步接納3D打印的新技術(shù)用來(lái)輔助模具制造，在這種基礎(chǔ)上確保各批次的優(yōu)良模具生產(chǎn)。

一、3D打印的技術(shù)特性

快速成型簡(jiǎn)稱為3D打印，是借助計(jì)算機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)換原始性的文件圖形，專門設(shè)備可用來(lái)逐層打印。在上世紀(jì)末期，這類打印方式被創(chuàng)造出來(lái)，新式技術(shù)根植于材料堆積的流程及方式。3D打印通常針對(duì)于CAD特定的文件或數(shù)據(jù)，打印的介質(zhì)為粘合性的粉末金屬，可以構(gòu)造出某一特定物體。從技術(shù)特性來(lái)看，3D打印擺脫了常規(guī)打印必備的加工機(jī)械，可以辨認(rèn)給出來(lái)的微機(jī)圖像進(jìn)而制作出容器模具。從這個(gè)角度看，3D打印縮短了研發(fā)特定打印產(chǎn)品的時(shí)限，生產(chǎn)效能也由此而提升[2]。

具體而言，先要給出設(shè)置好的三維模型，在給定模型上分離可得多層次的二維圖像，這些圖形被視作特定數(shù)目的片層。后期在打印時(shí)，打印裝置在選定的平面上可以沉淀材料而后垂直移動(dòng)這些材料。經(jīng)過(guò)連續(xù)的打印步驟，打印裝置可給出合格的模具制品。由此可見(jiàn)，3D打印融合了多類型的制造業(yè)技術(shù)，只要給出明確思路即可制作出合格的容器模具。

相比于常規(guī)制造業(yè)，3D打印擺脫了減材制造的流程，轉(zhuǎn)而采納了加法規(guī)則。預(yù)先給出設(shè)計(jì)思路，3D技術(shù)可把原始思路快速變成設(shè)置好的模型。針對(duì)于制造業(yè)，3D打印也可省略常用的機(jī)床、夾具及刀具等，在根本上符合了新階段內(nèi)的一體化模具制作。從制造成本看，3D方式也可用來(lái)節(jié)省超出一半的容器模具經(jīng)費(fèi)，同時(shí)縮短至30%的原始加工時(shí)間。截至目前，3D打印已經(jīng)衍生出多樣的打印技術(shù)，因而也可適用于多領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品制造。

二、制造容器模具選用3D打印的必要性

作為增材制造的新式技術(shù)，3D技術(shù)彌補(bǔ)了常用技術(shù)缺陷。從這個(gè)意義來(lái)看，3D方式突破了沿用下來(lái)的制造業(yè)方式，因而屬于重大更新。從原理角度來(lái)看，3D打印很類似常見(jiàn)的打印，然而所需原材卻并不相同。這是因?yàn)椋?D打印并不是借助墨水來(lái)打印，而是選用了樹脂、塑料或新型粘結(jié)劑作為打印介質(zhì)[3]。從分類來(lái)看，3D打印包含了新式的粘結(jié)打印、沉積式的熔融成型、蠟質(zhì)的打印等。3D打印也可替換為激光頭，用來(lái)分層制造某些實(shí)體。根本原理即為：初期的建模選用CAD予以完成，而后進(jìn)入切片的分層式模型處理。在打印流程的后期，打印機(jī)可分層予以處理切片并且用來(lái)打印，這樣就構(gòu)建了三維式的實(shí)體容器模型。

工藝制造不可缺乏模具，這是因?yàn)槟＞呖捎脕?lái)塑造出特定的容器形態(tài)，通常可以塑造固液態(tài)的容器。在外力輔助下，模具可把給出來(lái)的毛坯變成所需規(guī)格的精確容器。制作容器模具的常用流程是很繁瑣的，若要制作特定的某一容器那么還需要耗費(fèi)偏高的總體成本。例如：開發(fā)新式瓷瓶或玻璃瓶時(shí)，先期的設(shè)計(jì)通常都并不吻合制作出來(lái)的產(chǎn)物，因而體現(xiàn)出較大的預(yù)期誤差。若再次去更改，那么還會(huì)耗費(fèi)更多的原材投入。

目前在制造業(yè)中，容器模具適合于更廣范圍內(nèi)的容器加工，例如成型沖壓、擠壓機(jī)模鍛、壓力性的鑄造、制作陶瓷或橡膠塑料等。此外，注塑成型所需的模具類別也是較多的。針對(duì)于開發(fā)及更新容器產(chǎn)品，模具質(zhì)量及后期的加工水準(zhǔn)都表現(xiàn)出較大影響。由此可知，模具制造密切銜接于現(xiàn)今的工業(yè)進(jìn)步[4]。

三、具體技術(shù)操作

（一）打印操作的流程

第一步為建模。針對(duì)給出來(lái)的容器產(chǎn)品，首先就要構(gòu)建精準(zhǔn)的模型，建模步驟需要借助于計(jì)算機(jī)的輔助。現(xiàn)今的階段內(nèi)，3D方式可選用CAD或Pro等建模軟件來(lái)具體操作。應(yīng)當(dāng)注意的是：在建模步驟中，相關(guān)人員應(yīng)能遵照設(shè)置好的例圖予以操作。這是由于，打印機(jī)在操作打印的流程中也嚴(yán)格遵照選定的三維模型。在這種狀態(tài)下，建模決定著后期的打印質(zhì)量。

第二步為分層。制作容器模型過(guò)程中，3D模型應(yīng)能轉(zhuǎn)化先期制作好的三維模型，把它設(shè)置為易于辨認(rèn)的二維信息。打印機(jī)設(shè)有可操控的自動(dòng)軟件，在這種基礎(chǔ)上相關(guān)人員還需設(shè)置明確的參數(shù)。沿著縱軸方向，打印機(jī)可把模型細(xì)分成各層次的片層[5]。在這些片層中，各層次都代表著較薄的圖層且記錄了原始性的打印信息。若設(shè)置了較多片層，那么打印得出的模具將會(huì)更精確，同時(shí)也符合了設(shè)置的原始指標(biāo)。受到設(shè)備的約束，打印好的薄片厚度也有限度。

第三步為打印。在3D技術(shù)下，打印機(jī)可辨別薄片內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而粘合了膠狀、液態(tài)或粉末片狀的組合型材料。在粘合多層材質(zhì)的基礎(chǔ)上，打印機(jī)也積累了分層式的二維圖形，這就為后期制造立體性的容器模型提供了基礎(chǔ)。打印設(shè)備可用來(lái)自動(dòng)辨別多層次的二維薄片，逐層堆積得到所需的模型產(chǎn)品。

（二）新式技術(shù)優(yōu)勢(shì)

首先，3D打印可用來(lái)簡(jiǎn)化原始的打印步驟，同時(shí)節(jié)省成本。從企業(yè)角度來(lái)看，3D打印協(xié)助企業(yè)節(jié)省了投入至打印培訓(xùn)中的經(jīng)費(fèi)，創(chuàng)造出更多樣的模具產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)切削的改進(jìn)，3D打印在最大幅度內(nèi)減低了經(jīng)費(fèi)，原材浪費(fèi)因而也被減小。在3D方式下，相關(guān)人員不必再去組裝特定產(chǎn)品，借助3D手段即可自動(dòng)成型。對(duì)于分層式的打印，可同時(shí)配備附帶性的模具產(chǎn)品。

其次，3D的流程擺脫了常用工藝設(shè)置的限度，在更大范圍內(nèi)吻合了新式制造業(yè)。突破技術(shù)限度，可以制作更多樣的模具類產(chǎn)品。在傳統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，企業(yè)先要設(shè)置前期性的打印培訓(xùn)，相關(guān)人員才會(huì)熟識(shí)多步驟的打印操作。然而，3D打印節(jié)省了初期的耗費(fèi)，可直接從給出來(lái)的文件中識(shí)別信息[6]。

第三，新穎的打印模式也拓展了全新的商業(yè)范圍。在技術(shù)輔助下，模具制造類的企業(yè)在日常制作產(chǎn)品時(shí)可做到按需來(lái)生產(chǎn)，進(jìn)而切實(shí)縮小了積壓性的庫(kù)存。從未來(lái)趨勢(shì)看，3D打印還可用在模具容器制造的更多領(lǐng)域內(nèi)并且顯示獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

四、制造容器模具的具體應(yīng)用

具體在模具成型時(shí)，3D方式先要預(yù)制明確的設(shè)計(jì)圖，而后依照設(shè)置的圖示予以詳細(xì)制作。若預(yù)先制作出來(lái)的容器模具符合了規(guī)格那么即可直接予以投產(chǎn)，如果沒(méi)能符合指標(biāo)還可繼續(xù)修正。詳細(xì)來(lái)看，容器模具制造中的3D打印包含了如下應(yīng)用：

（一）快速制造的技術(shù)

在多種情況下，3D打印都會(huì)受限于容器原材，因而有必要設(shè)置快速成型的技術(shù)。從具體分類看，快速模具針對(duì)于硬質(zhì)或軟質(zhì)這兩類的模具，可以間接或者直接去制作某類的容器。例如：經(jīng)過(guò)激光燒結(jié)，可直接制作出所需的砂模。因?yàn)榧す饩邆淞溯^高的總能量，可用來(lái)熔化高分子性的粘結(jié)劑進(jìn)而將砂礫粘結(jié)為整體。選用這類流程可獲得所需的金屬件，砂模鑄造得到的金屬件具備了更優(yōu)的表層粗糙度。此外，熱縮澆筑可得特定的塑料產(chǎn)品，然而制作這類模型需要考慮到較脆弱的力學(xué)特性[7]。

（二）噴涂金屬的制造法

金屬噴涂的具體操作中，母模可以設(shè)置為打印得出的原型。在母模的表層，可噴涂較薄的合金涂層而后制作金屬殼。在模具的本體中，可以填入新式的復(fù)合型模具材料。借助這種流程，相關(guān)人員可快速制作出達(dá)標(biāo)的鑄模用作后續(xù)的容器制造。母模設(shè)有基底下側(cè)的支撐，噴涂金屬可以構(gòu)成內(nèi)側(cè)的模具型腔借以支撐上側(cè)的整體。針對(duì)熔點(diǎn)較低的金屬、陶瓷零件及環(huán)氧樹脂等，3D打印都表現(xiàn)出更短的耗時(shí)及更低的成本。

（三）制作硬質(zhì)的容器模具

容器生產(chǎn)中所需的剛性模具是硬質(zhì)性的，這類模具可用來(lái)塑造各異的容器類型。通常來(lái)看，硬質(zhì)模具在具體制作過(guò)程中可選用不銹鋼材質(zhì)或液態(tài)性的粉末，這種方式加工可得硬質(zhì)的金屬容器。此外，3D技術(shù)還可用來(lái)翻制灌注后的硅膠模，經(jīng)過(guò)燒結(jié)的流程可以除掉上覆的粘結(jié)劑進(jìn)而獲得疏松的模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保最佳的模型致密度。

結(jié)語(yǔ)

從市場(chǎng)趨勢(shì)看，3D打印的配套設(shè)備正在日益更新，與之相應(yīng)的容器模具制造也拓展了規(guī)模。3D打印包含了較多類型，打印的流程也可借助于新式的介質(zhì)。在未來(lái)實(shí)踐中，制造容器模具的相關(guān)行業(yè)將更加緊密銜接于3D打印的新方式，進(jìn)而開發(fā)出新階段內(nèi)的打印流程。然而，容器模具制造選用的3D打印仍沒(méi)能達(dá)到完善，相關(guān)人員需要熟識(shí)3D打印的步驟并嘗試予以運(yùn)用。后期實(shí)踐中有必要不斷歸納珍貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，服務(wù)于根本性的打印質(zhì)量提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王子明，劉瑋.3D打印技術(shù)及其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].混凝土世界，2015（01）：50-57.

[2] 秦培凡，蘇賀，李慧蕓.3D打印在容器模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（08）：41.

[3] 王穎，袁艷萍，陳繼民.3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用[J].電加工與模具，2016（S1）：14-17.

[4] 蔣立新，易翔翔，邵潔.3D打印技術(shù)的發(fā)展及在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國(guó)軍轉(zhuǎn)民，2013（12）：58-62.

[5] 郭其民. 3D打印技術(shù)在制冷空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用前景分析[J].制冷與空調(diào)，2016（02）：7-11.

[6] 鄧濱，歐陽(yáng)漢斌，黃文華.3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2016（04）：389-392.

[7] 盧燕明.探索中國(guó)3D打印工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)[J].金屬加工（冷加工），2014（21）：21-29.