3D打印在模具制造行業(yè)的應用

1、3D打印在模具制造行業(yè)的應用模具行業(yè)就是一個跨度非常大的行業(yè)，它與制造業(yè)的各個領域都有關聯(lián)。在現(xiàn)代社會，制造與模具就是高度依存的，無數(shù)產品的部件都要通過模制（注射、吹塑與硅膠）或鑄模（熔模、 翻砂與旋壓）來制造。無論什么應用，制造模具都能在提高效率與利潤的同時保證質量。CNC加工就是在制造模具時最常用的技術。雖然它能夠提供高度可靠的結果，但同時也非常昂貴與費時。所以很多模具制造企業(yè)也開始尋找更加有效的替代方式。而通過增材制造（ALM,即3D打印）制作模具就成了一個極具吸引力的方法，因為模具一般都屬于小批量生產且 形狀都比較復雜，很適合3D打印來完成。如今,3D打印與各種打印材料（塑料、橡膠、復

2、合材料、金屬、蠟、砂 ）已經給許多行業(yè)， 如汽車、航空航天、醫(yī)療等帶來了很大的便利 ，很多企業(yè)都在其供應鏈里集成了 3D打印，這 其中也包括模具制造。模具制造的以下幾個環(huán)節(jié)就是能夠用到3D打印技術的：成型（吹塑、LSR RTV EPS注塑、紙漿模具、可溶性卞莫芯、玻璃鋼模具等等）鑄模（熔模、砂模、旋壓等、）成型（熱成型，金屬液壓成型等、）機械加工、裝配與檢驗（固定夾具、移動夾具、模塊化夾具等、）機器人末端執(zhí)行器（夾手）左圖為隆源成型制造的離合器殼體的3D打印蠟模，右圖為精密鑄造后得到的金屬件用3D打印制造模具有許多優(yōu)點1）模具生產周期縮短3D打印模具縮短了整個產品開發(fā)周期，并成為驅動創(chuàng)新的源頭

3、。 在以往，由于考慮到還需要投入大量資金制造新的模具，公司有時會選擇推遲或放棄產品的設計更新。通過降低模具 的生產準備時間，以及使現(xiàn)有的設計工具能夠快速更新,3D打印使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換與改善。它能夠使模具設計周期跟得上產品設計周期的步伐。此外,有的公司自己采購了 3D打印設備以制造模具，這樣就進一步加快了產品開發(fā)的速 度，提高了靈活性、適應性。在戰(zhàn)略上 ，它提升了供應鏈御防延長期限與開發(fā)停滯風險的能力 比如從供應商那里獲得不合適的模具。例如圖（a）為隆源成型制造的缸蓋氣道與水套的組合芯，利用激光燒結技術一次燒結成型提高了組模精度，成型時間僅用19小時。缸蓋外模可用傳統(tǒng)方法制作

4、，這樣就大大縮短了缸蓋 的研發(fā)時間，從CAD設計到缸蓋鑄件圖（b）的完成只需約20天。（a）發(fā)動機缸蓋氣道，水套組合芯(b)發(fā)動機缸蓋鋁鑄件2）制造成本降低如果說當下金屬 3D打印的成本要高于傳統(tǒng)的金屬制造工藝成本，那么成本的削減在塑料制品領域更容易實現(xiàn)。金屬3D打印的模具在一些小的、 不連續(xù)的系列終端產品生產上具有經濟優(yōu)勢 （因為這些 產品的固定費用很難攤銷 ，或者針對某些特定的幾何形狀 （專門為3D打印優(yōu)化的）更有經濟優(yōu) 勢。尤其就是當使用的材料非常昂貴，而傳統(tǒng)的模具制造導致材料報廢率很高的情況下 ，3D打 印具有成本優(yōu)勢。此外,3D打印在幾個小時內制造出精確模具的能力也會對制造流程與利潤

5、產生積極的影 響。尤其就是當生產停機或模具庫存十分昂貴的時候。最后，有時經常會出現(xiàn)生產開始后還要修改模具的情況。3D打印的靈活性使工程師能夠同時嘗試無數(shù)次的迭代，并可以減少因模具設計修改引起的前期成本。3）模具設計的改進為終端產品增加了更多的功能性。通常，金屬3D打印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結構并能產生完全致密的打印部 件，與那些鍛造或鑄造的材料（取決于熱處理與測試方向）相比，其機械與物理性能一樣或更好。增材制造為工程師帶來了無限的選擇以改進模具的設計。當目標部件由幾個子部件組成時,3D打印具有整合設計，并減少零部件數(shù)量的能力。這小就簡化了產品組裝過程，并減少了公差。此外,它能夠整合復雜

6、的產品功能，使高功能性的終端產品制造速度更快、產品缺陷更少。例如,注塑件的總體質量要受到注入材料與流經工裝夾具的冷卻流體之間熱傳遞狀況的影響。如果用傳統(tǒng)技術來制造的話，引導冷卻材料的通道通常就是直的，從而在模制部件中產生 較慢的與不均勻的冷卻效果。而3D打印可以實現(xiàn)任意形狀的冷卻通道，以確保實現(xiàn)隨形的冷卻，更加優(yōu)化且均勻，最終 導致更高質量的零件與較低的廢品率。此外 ，更快的除熱顯著減少了注塑的周期，因為一般來 說冷卻時間最高可占整個注塑周期的 70%。4）優(yōu)化工具更符合人體工學與提升最低性能3D打印降低了驗證新工具（它能夠解決在制造過程中未能滿足的需求）的門檻，從而能夠在制造中投入更多移動夾

7、具與固定夾具。傳統(tǒng)上，由于重新設計與制造它們需要相當?shù)馁M用與精力，所以工具的設計與相應的裝置總就是盡可能地使用更長的時間。隨著3D打印技術的應用，企業(yè)可以隨時對任何工具進行翻新，而不僅限于那些已經報廢與不符合要求的工具。由于需要很小的時間與初始成本 ，3D打印使得對工具進行優(yōu)化以獲得更好的邊際性能變 得更加經濟。于就是技術人員可以在設計的時候更多地考慮人體工學，以提高其操作舒適性、減少處理時間，以及更加方便易用、易于儲存。雖然這樣做有可能只就是減少了幾秒鐘的裝 配操作時間，但就是架不住積少成多。此外優(yōu)化工具設計，也可以減少零件的廢品率。5）定制模具幫助實現(xiàn)最終產品的定制化更短的生產周期、制造更為復雜的幾何形狀，以及降低最終制造