金屬3D打印的可行性分析及應用

0 引 言

金屬3D打印零件在模具上主要應用于隨形水路，隨形水路可縮短產品注射周期，減少因冷卻不均而引起的變形，提高產品成型質量，受到很多模具企業的青睞。金屬3D打印工藝的主要耗材為金屬粉末，近年隨國產粉末的上市，價格雖有所下降，但相比傳統的模具鋼仍然很貴。如何有效合理地應用3D打印技術，更好地服務于模具行業，是金屬3D打印的關鍵技術方向。基于此，在滿足模具零件強度等各方面性能的前提下，減輕零件質量以達到降本的目的。

1 模具零件3D打印

通常1副模具由CAD工程師設計水路，CAE工程師進行冷卻分析驗證，確定模具冷卻水路方案。制造環節由3D打印工程師基于CAD工程師提供的3D數模進入3D打印工作流程，具體的模具零件3D打印流程如圖1所示。

根據加工方式不同，3D打印分為整體式打印和嫁接式打印。整體式打印是在底板水平面上直接打印整個零件，如圖2所示。嫁接式打印是將零件分為兩部分，一部分使用傳統工藝加工，稱為基座，另一部分采用3D打印，使兩者緊密結合成一個零件，如圖3所示。

整體式打印與嫁接式打印相比，3D打印零件一次性成型，縮短了制程，減少了基座的采購和加工環節，缺點是打印時間長、材料成本高，導致最終的綜合成本高，不利于3D打印技術的全面推廣應用。此外，模具零件3D打印由于受工程師個人經驗和能力限制，對模具零件進行可行性分析時不全面，導致零件打印質量異常，反復打印，成本高且影響模具的交付周期。

2 模具零件3D打印的可行性分析

注射模結構復雜，主要由成型系統、側向分型系統、澆注系統、推出系統、溫控系統、定位系統、排氣系統以及其他輔助系統組成。其中溫控系統包括加熱和冷卻兩部分，通常使用3D打印技術制造。3D打印零件的質量主要取決于人員、金屬粉末、數據設計、設備、打印過程和后處理等因素，尤其是數據設計，其工藝規劃直接決定產品的質量和成本。

南北朝民歌的風格、內涵都與地域有著緊密的關聯。南朝民歌有吳歌、西曲兩類，多產生于長江流域商業發達之地，以反映男女之情的情歌特別發達，感情真摯細膩，情調艷麗柔弱，哀怨纏綿，綺麗精工，有較多的市井氣息，多為整齊的四言或五言。郭茂倩《樂府詩集》曰：“吳歌雜曲，并出江南。……蓋自永嘉渡江之后，下及梁、陳，咸都建業，吳聲歌曲起于此也。”“西曲歌出于荊、郢、樊、鄧之間，而其聲節送和與吳歌亦異，故依其方俗而謂之西曲云。”[4]北歌多產生于大漠草原，主要反映以鮮卑族為主的北方游牧民族的生活情景，風格多爽朗奔放，質樸剛健，形式上以雜言多見。

要生產綜合性價比高的零件，在進行打印工作前，3D打印工程師需要協同CAD工程師、CAM工程師對零件進行全面的基于成本和工藝的可行性分析，并編制可行性分析報告（簡稱“DFM報告”），以下重點闡述3D打印DFM報告的內容。

（3）出現粉量不足的情況時，需打開倉門加粉。加粉完成后檢查激光鏡頭是否粘上金屬粉，如有則要及時擦去，可使用吸塵器清除倉內漂浮的金屬粉，關好倉門重新充氣待達到要求后繼續打印。

2.1 產品信息

詳細了解注射產品的信息，如產品尺寸、材質、表面處理工藝等。

2.2 零件信息

詳細了解模具零件的信息，如零件尺寸、質量、模具鋼材、使用場合等。

2.3 水路設計

隨形水路是基于3D打印技術的新型模具冷卻水路（見圖4）。因其加工特性，隨形水路可以較好地貼合產品形狀，且水路截面可以設計成任意形狀。由于3D打印工藝的特殊性，設計師應基于以下原則對隨形水路進行設計：①水孔進出口位置應按照模具的設計要求；②零件固定方式及位置應按照模具的設計要求；③水路設計越簡單越好，轉彎越少，水路內的水壓損失越少，流速越快；④水路進出口之間的溫差最好在2～5℃；⑤水路直徑：

3 mm≤

＜

8 mm；⑥水路距3D打印零件邊的最小壁厚不能小于2.5 mm；⑦在水路進出口處設計0.8 mm的薄片，防止線切割加工時的水進入水路導致水路清粉困難。

2.4 模流分析

基于成本、產品特征分析，此鑲件采用嫁接式打印，如圖13所示。

模具設計前期，通常運用模流分析軟件對注射成型過程進行模擬仿真，通過對熔體溫度、模具溫度和注射時間等主要加工參數提出一個目標趨勢；估定保壓時間、壓力及保壓效果；預測產品翹曲變形方向、范圍大小及原因，通過這些結果對模具設計方案的可行性進行前期評估，隨后完善模具設計方案及優化產品設計方案。模流分析與實際成型零件如圖5所示。

2.5 零件特征分析

對零件特征進行分析，主要分析零件的縱橫比和圓徑比，杜絕因比例不均導致的打印失敗。通常零件縱橫比（高寬比）

/

＜8，圓徑比（高徑比）

/

＜10。不滿足8∶1的縱橫比時，零件上部可能會產生變形風險，因此在中間部分加一段輔助支撐，如圖6所示，可以增加此零件的強度，防止變形。

2.6 打印方式

綜合考量成本和工藝，按以下思路選擇打印方式：①盡可能優先選用嫁接式打印；②盡可能一次成型多個零件，零件間保持適當間距；③嫁接打印時，基座與底板要用螺釘固定；④嫁接打印時，根據零件底部輪廓線設計一個薄壁特征，用來檢查打印部分底部輪廓與基座頂部的輪廓是否重疊。

2.7 支撐設計

在保證質量的前提下，盡可能不用支撐或以少的支撐來完成打印工作，支撐設計思路如下：①通過軟件的插件仿真功能對零件的支撐進行模擬分析，主要用于預測金屬3D打印過程中可能出現的打印缺陷，如零件變形、刮刀風險、應力收縮等；②支撐設計時要考慮如何低成本地快速去除支撐；③零件外觀面和配合面盡可能不設計支撐。支撐設計示例如圖7所示。

去片UCVA≤0.8組驗配前具有較高的球鏡度（P＜0.001）、柱鏡度（P＜0.001）、較長的可視虹膜直徑（P＜0.001）和眼軸（P＜0.001），2組間年齡、眼壓、角膜曲率等參數差異無統計學意義。2組兒童的眼部基本特征數據見表1。

2.8 零件定位

基座底面增加4個M8 mm的螺釘，用于與打印機的底板聯接，如圖14所示，零件加工定位如圖15所示。

2.9 熱處理方式

零件打印完成后內部存在較大的應力，應盡快進行熱處理去應力。在取出零件放入熱處理爐之前，盡量將零件上附著的粉末清理干凈，既節省材料成本，同時又杜絕內部狹窄流道結構堵塞的風險。具體熱處理工藝參數按照零件的尺寸和強度要求進行設計。

“你再找個女人吧！”我再次向他提議。我真的希望他再找個女人，相守著過完下半生。我知道，父親的潛意識里還存在一絲念想，他還以為跑了路的那個女人有朝一日會回心轉意，再來找他。

2.10 余量設置

金屬3D打印后的零件需要進行后處理，因此3D數模需要設置余量。通常后處理工藝有CNC、線切割、拋光和噴砂，使零件達到使用的精度和粗糙度要求。余量的設置盡可能在合理范圍內，并且需要預留精加工時所需的裝夾位置及取數基準位置。根據經驗，當后處理為拋光時，3D數模需預留0.3～0.5 mm余量；后處理為CNC時，3D數模需預留0.8～1.2 mm余量。

3 模具零件3D打印的可行性分析示例

以汽車門框裝飾條模具的3D打印零件為例，對模具零件金屬3D打印DFM報告進行說明。

談判陷入僵局后，巧妙的回答能打破僵局，而且對方也更加愿意接受，這就是商務英語的魅力所在。這種回答問題技巧要看貿易對象，對象不一樣，談判方式回答方式也不一樣，例如對于長時間合作的貿易伙伴，回答對方問題時不能弄虛作假，必須真實回答，這樣對于貿易達成很有幫助。而對于剛開始合作的貿易伙伴，就要使用語言技巧，如不能直接回答對方的問題，可以使用語言技巧回答問題，不僅可以使對方容易接受，也利于促成兩方的貿易。

3.1 產品信息

產品如圖8所示，產品名稱：門框裝飾條；外形尺寸：64.5 mm×456.8 mm×199.3 mm；材質：TPO+20%Talc；產品表面處理：噴漆。

3.2 模具零件信息

模具零件如圖9所示，考慮類似性，3D打印零件以鑲件3為例進行說明。

零件名稱：鑲件3；材質：738；硬度：預硬30～35 HRC；外形尺寸：105.3 mm×95.8 mm×125.96 mm；質量：2.5 kg。

3.3 水路設計

傳統水路與3D打印隨形水路如圖10所示，傳統水路采用鉆孔加工工藝，只能設計為圓形直水管。3D打印水路可根據產品的形狀進行隨形水路設計，水路可以為任意形狀。使用傳統水路常出現成型的產品局部熱點、冷卻不均，隨形水路方案成型的產品溫度分布更均勻，可縮短產品成型周期和提高產品質量。

3.4 模流分析

在授課過程中有效地利用多媒體進行情境創設，能夠在一定程度上激發學生的學習興趣，如果能夠成功地調動起學生的學習興趣，必然能夠提高學生學習效果。

3D打印前需做如下準備：①打開倉門，用無水酒精和無塵紙對倉內、倉門進行擦拭清理；②添加打印所需金屬粉末；③檢查刮刀是否有缺口；④底板放置時要小心輕放，先上螺釘但不鎖緊，然后加熱底板至打印所需溫度（40℃），再對角鎖緊螺釘；⑤底板調平，使底板在

、

軸向各位置相對于刮刀位置平行；⑥調節底板與刮刀間的間隙（

軸），間隙控制在0～0.05 mm，越小越好；⑦手動鋪第一層粉，粉的厚度是底板至刮刀間的間隙；⑧檢查激光鏡頭，透鏡上不允許有粉末或異物，需用專用無塵紙與無水酒精擦拭鏡面。

3.5 產品特征分析

產品壁厚整體均衡，不存在薄壁特征，產品的縱橫比在合理范圍，不需要設計特別的支撐，可直接成型。

宮腔鏡術中見:經陰道可見靠右側單個宮頸,宮頸左側陰道壁膨隆,并見一小孔有膿液溢出,經小孔切開陰道壁,并切除多余的陰道壁,暴露左側宮頸,用3-0可吸收線縫合陰道壁止血,宮腔鏡經右側宮頸進入右側宮腔,宮腔小,宮壁平整,宮底可見一側輸卵管開口,經左側宮頸進入宮腔,宮腔小,宮內膜厚,并見膿苔,用油紗安置宮頸口引流。術后診斷意見:盆腔積膿;雙子宮;雙宮頸;單側陰道閉鎖。

3.6 打印方式

設計良好的冷卻水路可以縮短熔料固化時間，提高生產效率，降低制造成本，并使成品均勻冷卻，防止產品因熱應力造成收縮扭曲變形等。此外，在特定情況下，冷卻水路還可起矯正翹曲變形的作用。

3D打印此零件的關鍵在于基座加工工藝的規劃，如基座在打印前粗加工，而3D打印過程中的內應力迫使基座彎曲變形的可能性較大，導致零件在精加工后開裂。最終確定的工藝規劃如下：①基座材質選用1.2344，直接采購加工好的水孔和推桿孔板料；②對基座進行熱處理至46～48 HRC；③基座在3D打印前不進行粗加工，待打印完成并進行熱處理后整體精加工。

3.7 零件定位

零件定位的總體原則：①零件從左到右，從下到上，

、

方向錯位擺放，防止當一個零件出現問題時影響其他零件；②零件與刮刀采用點接觸，減少接觸面；③以刮刀為起始位，預留零件有效行程；④一般零件擺放角度為與工作臺成45°，根據零件造型也可采用其他角度，其擺放位置根據不同零件總結經驗，并形成經驗庫。

3.8 零件的打印過程

3.8.1 程序處理

為保證零件質量的穩定性，必須對每一個參數的工藝窗口進行預先定義和設置，如圖16所示。

傳統水路方案和3D打印隨形水路方案的相同位置冷卻時長模擬結果如圖11所示。由圖11可知，在其他條件相同的情況下，3D打印隨形水路方案的產品相同位置冷卻時長最長可節省約3 s。

3.8.2 打印前準備

銣礦石中金屬礦物總體含量低，僅占礦物總量的1.5%，尤其在礦物粒度較細的礦石中金屬礦物含量更低，且金屬礦物粒度也相對較小。金屬礦物主要分布于脈石粒度為中-粗粒的礦石當中。非金屬礦物石英、云母普遍粒度粗大，云母結晶完好。礦石次生蝕變微弱，以塊狀花崗巖、云英巖化花崗巖為主。

傳統水路方案和3D打印隨形水路方案成型的產品表面溫度分布如圖12所示，隨形水路可以消除大部分熱點，最高可降低約43℃，成型的產品溫度分布更均勻。

3.8.3 打印時發現的問題與解決方式

打印時常見的問題與解決方案如下。

本文利用傅里葉變換紅外光譜法對不同快遞公司快遞塑料袋樣品進行了分析檢驗，實驗結果表明，可以根據樣品特征吸收峰的不同對快遞塑料包裹袋樣品進行區分。在刑事案件中發現快遞塑料包裹袋時，可以利用傅里葉變換紅外光譜法進行檢驗，進而達到對樣品快遞塑料包裹袋區分的目的，可以為偵查破案提供線索，指明方向，為證實犯罪提供科學的依據。該方法對檢材無損，檢驗快捷方便，結果可靠。

（1）刮刀刮粉時與工件有刮碰，需暫停打印并觀察是否需要重新單燒或降低一層再單燒。如果不能解決問題，說明零件翹曲嚴重，已不能繼續打印，需要對數據進行處理再重新打印。

區塊鏈身份認證階段使用了區塊鏈的加密方法和結構特征。一個區塊中既存有自身的哈希值，也存有前一個區塊的哈希值的特征，保證了區塊的不可篡改。一旦某一個區塊中的數據被篡改或者某一個區塊被惡意替換，則會立刻被區塊網絡所獲知。因此，本階段借助區塊的特征對身份進行認證是安全的。

（2）打印過程中某層燒結時突然出現火花使層面焦黑并有大顆粒，應暫停打印并對本層進行單層燒結1～2次，若情況嚴重則降層再單燒。

1951年夏天結束土改后，縣委決定抽調湯甲真等10多名同志到省委黨校學習。同年底學習結束后，他被調往益陽地委黨校工作。他任校黨總支宣傳委員兼班黨支部書記。

3.8.4 打印結束后的操作

由于受灌區輪灌制度的影響，各渠系行水間隔時間比較長，特別在作物生育期，各級渠道均有不同程度停水期。為了對灌區各級渠道供水保證程度做出準確評價，本研究統計分析了河套灌區近15 a支渠以上級別渠道行水、停水時間等資料。在作物關鍵生育期內總干渠停水時間為12 d，干渠、分干渠及支渠停水時間不同灌溉區域之間差別較大，分別為10～43 d、27～61 d與30～61 d。越往灌區下游，停水時間越長[5]。滴灌屬高頻灌溉，一般灌水間隔在7～10 d左右，為保證滴灌高頻率灌溉，需要修建蓄水池儲存渠道停水期滴灌用水。

3.1提高社區護士對老年癡呆預防及早期干預的總體認知研究顯示:社區護士對老年癡呆預防認知的正確率僅為4.1-47.4%,對老年癡呆早期的發現與診斷、區別癡呆與正常老化等關鍵環節均缺乏有效認知,護理知識仍停留在疾病護理的層面上。社區護士應加強老年癡呆預防及早期干預相關知識的系統學習,提高對該病的認知。

根據上文我們可以看出，互聯網+時代下的建筑產業現代化發展主要包括項目實施的標準化設計、相關構配件的科學生產、現代物流企業的運輸配送、裝備式施工等等，共同構建成了全產業鏈。基于此，為了有效推動建筑產業現代化發展，相關部門和工作人員應當對整個流程進行技術創新，并且將創新能力逐漸滲透到生產的各個環節和階段中，有效搭建起技術創新的內在驅動力。在項目實施的前期，建筑企業可以組織專家進行技術的論證，根據國家及相似行業的實際發展情況建立起相應的技術標準，同時采用先進的現代化技術，對整個產業鏈的結構進行整合優化，逐漸實現節點之間的有效連接和建筑的抗震能力等等。

打印結束后應進行以下操作。

（1）先打開一道縫隙用吸塵器吸倉內飄浮的金屬粉，然后打開倉門對倉內進行吸塵。

（2）用吸塵器吸取倉門內側上的燒結廢渣，清理倉門上的粉塵。

（3）對濾盒周邊進行清理，用吸塵器吸走廢渣，然后拆下濾盒，并吸凈濾盒內的廢渣和粉塵。

（4）用吸塵器吸走倉內的各個可見表面上的廢渣。

（5）把篩網裝到供粉倉上，將工作平臺上的粉料清除到收粉倉，收粉倉中的粉料裝桶后用篩粉機篩粉。

（6）工作平臺上的粉清理干凈后將底板連同工件取下。

（7）工件的孔或加強筋里有粉料，要回收處理，避免浪費粉料。

（8）取出底板后，用刷子收集工作平臺上的剩余粉料，再用吸塵器吸凈工作平臺板上、各個螺釘孔及定位孔中的殘余粉料，避免后續使用時造成堵塞。

3.9 熱處理方式

熱處理工藝如圖17所示，從常溫到300℃預熱30 min，再加溫至600℃，再次預熱30 min，以最高700℃恒溫360 min后冷卻至室溫，零件硬度在33～37 HRC。

3.10 精加工余量

零件精加工余量設置如下：基座單邊預留3 mm，零件成型面預留0.8 mm，如圖18所示，精加工后的零件如圖19所示。

4 結束語

通過模具零件金屬3D打印的可行性分析可以了解金屬3D打印的工藝和流程，指導模具設計師進行基于成本的3D打印零件設計，減少不必要的重復工作，提高設計效率，助推企業提質降本增效。

[1]李 芳,伍世鋒,賈宇霖.3D打印技術在注射模設計隨形水路中的應用[J].模具工業,2017,43(3):55-62.

[2]譚景煥,劉 斌,吳成龍.基于Moldflow和3D打印的注塑模具隨形冷卻水道設計[J].塑料工業,2015,43(12):45-48.

[3]史玉升,伍志剛,魏青松.隨形冷卻對注塑成型和生產效率的影響[J].華中科技大學學報,2007,35(3):60-62.