3D打印技術融入模具行業的應用研究

鄧遠華

摘要：3D打印技術目前在我國的制造業當中得到了越來越全面的普及。它的誕生，可以說是現代化信息技術與工業技術的有效結合，為工業技術的新一輪騰飛帶來的了機遇。而在模具制造行業當中，3D打印技術又發揮著強大的優勢。3D打印技術融入模具制造是發展的必然趨勢。

關鍵詞：3D打印技術;傳統模具制造;應用;研究

一、引言

3D打印技術作為科學技術快速發展背景下的產物，在我國工業模具設計及制造領域中得到了廣泛應用[1]。我國在從農業大國向工業大國轉型的過程當中，不僅僅是要實現生產規模上面的提高，更要實現生產技術上面的飛躍。而3D打印技術正是實現這種飛躍的一個著力點。在3D打印技術不斷普及的今天，傳統模具制造技術也面臨著前所未有的沖擊。它所需的經濟成本與時間成本都低于傳統模具制造技術。因此，3D打印模具零件替代模具部分零件的傳統制造是發展趨勢。

二、3D打印技術制造模具零件的方法

3D打印技術系工業快速成型的范疇。也稱為“增材制造”。它基于計算機三維設計平臺，主要采用逐層疊加制造方式將材料緊密結合在一起的工藝[2]。目前，常用的3D打印制造模具的技術有：1、分層實體制造法。其原理是采用激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓，然后利用熱帖、疊加、切割最終成為三維零件，此方法可以制造模具零件;2、立體光固化成型法。其原理是用一定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的固化作業，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面，這樣層層疊加構成零件。該技術可以制造多類模具零件，尤其可以采用該技術打印原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模;3、選區激光燒結法。其原理是采用粉末材料，這種粉末在激光照射高溫條件下才能融化。噴粉裝置先鋪一層粉末材料，將材料預熱到接近熔化點，再采用激光照射，將需要成型模型的截面形狀掃描，使粉末融化，被燒結部分粘合到一起。通過這種過程不斷循環，粉末層層堆積，直到最后成型零件。該技術根據選用不同粉末材料，可以打印多類模具零件，但成本較高。

三、3D打印技術相對于傳統模具制造技術的優劣

（一）3D打印技術的優勢

1、節省材料。由于采用增材制造，不需要像傳統加工那樣切除材料，因此材料利用率高;2、可制造復雜零件。尤其像帶隨形冷卻水道模具成型零件，如圖1所示，注射模中，冷卻水道可以根據塑件形狀設計成相應的形狀，水道直徑可以根據需要改變，水道截面形狀的選擇呈多樣化。模具冷卻時間是決定塑件生產周期長短的重要因素，通過CAE分析優化模具冷卻水道的形狀和布置方式，可以提高冷卻效率，并降低因冷卻不均導致的廢品率。該零件

采用傳統模具制造技術非常復雜，目前，隨形冷卻水道主要通過選擇性激光熔化（SLM）技術制造。3、縮短制造周期。制作過程中，不需要傳統的刀具、夾具和機床，就能直接從計算機圖形數據中或者通過逆向工程生成模型，然后直接打印零件，從而有效的縮短產品研發周期，而且還能打印出組裝好的產品，因此它大大降低了組裝時間。

（二）3D打印技術的不足之處

與傳統模具制造技術相比，3D打印技術的不足之處主要在于它的精度。由于分層制造，每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成具有一定厚度，這一層層的“臺階”帶來一個問題就是產品模具表面的臺階紋效應，即在模具表面所存在的細小、齒狀的邊緣，這必須要進行一些二次加工，運用機械加工、噴砂等手段來消除;另外對于特殊的孔成型，也存在不便之處，如小于1毫米的小孔，螺紋孔等，必須采用二次加工。最后，材料也有局限性：目前供3D打印機使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。能夠應用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機對單一材料也非常挑剔。3D打印的模具材料一般是光敏或熱固性樹脂，通過紫外光或者激光固化，這些塑料模具盡管比較硬，但是在注塑的熱循環條件下損毀非常迅速。

四、3D打印在模具行業的發展趨勢

3D打印技術在模具行業的應用雖然有不足之處，但隨著該技術的發展，3D打印技術將會與傳統的模具制造技術相結合，這是解決模具設計與制造薄弱環節的有效途徑。3D打印技術將會應用在直接制模和間接制模兩個方面，直接制模是指采用3D打印技術直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復制得到所需要的模具。

五、結束語

隨著3D打印技術的不斷發展，適合打印的材料不斷增加，3D打印技術必然會融入模具制造領域。該技術將會拋棄傳統的刀具、夾具和機床，采用增材方式制造出所需產品;可以采用軟件精確、快速地設計好模具3D模型，利用3D打印設備打印零件，縮短產品開發周期，節約生產成本，實現模具快速制造。

參考文獻

[1]李香美. 3D打印技術對模具制造技術的影響[J].現代制造技術與裝備，2019，3（15）：100-101.

[2]蔡思澤. 3D打印顛覆傳統制造業[J].中國中小企業，2011，（11）：46-47.

[3]伍倪燕，廖璘志等. 3D打印技術對模具制造技術的影響分析[J].模具制造，2014，10（8）：87-88.