D打印在模具制造行業(yè)的應(yīng)用

1、3D打印在模具制造行業(yè)的應(yīng)用模具行業(yè)是一個跨度非常大的行業(yè)，它與制造業(yè)的各個領(lǐng)域都有關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)代社會，制造和模具是高度依存的，無數(shù)產(chǎn)品的部件都要通過模制（注射、吹塑和硅膠）或鑄模（熔模、翻砂和旋壓）來制造。無論什么應(yīng)用，制造模具都能在提高效率和利潤的同時保證質(zhì)量。CNC加工是在制造模具時最常用的技術(shù)。雖然它能夠提供高度可靠的結(jié)果，但同時也非常昂貴和費時。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(chǎn)且形狀都比較復(fù)雜，很適合3D打印來完成。如今，3D打印和各種打印材料（塑料、橡膠、復(fù)合材料、金

2、屬、蠟、砂）已經(jīng)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(yīng)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)是能夠用到3D打印技術(shù)的：成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、紙漿模具、可溶性模芯、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、裝配和檢驗（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?zāi)?，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(chǎn)周期縮短3D打印模具縮短了整個產(chǎn)品開發(fā)周期，并成為驅(qū)動創(chuàng)新的源頭。在以往，由于考慮到

3、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(chǎn)品的設(shè)計更新。通過降低模具的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，以及使現(xiàn)有的設(shè)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和改善。它能夠使模具設(shè)計周期跟得上產(chǎn)品設(shè)計周期的步伐。此外，有的公司自己采購了3D打印設(shè)備以制造模具，這樣就進(jìn)一步加快了產(chǎn)品開發(fā)的速度，提高了靈活性、適應(yīng)性。在戰(zhàn)略上，它提升了供應(yīng)鏈御防延長期限和開發(fā)停滯風(fēng)險的能力，比如從供應(yīng)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和水套的組合芯，利用激光燒結(jié)技術(shù)一次燒結(jié)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，這樣就大大縮短了缸蓋的研發(fā)

4、時間，從CAD設(shè)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(dāng)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(lǐng)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(chǎn)品生產(chǎn)上具有經(jīng)濟優(yōu)勢（因為這些產(chǎn)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(jīng)濟優(yōu)勢。尤其是當(dāng)使用的材料非常昂貴，而傳統(tǒng)的模具制造導(dǎo)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(nèi)制造出精確模具的能力也會對制造流程和利潤產(chǎn)生積極的影響。尤其是當(dāng)生產(chǎn)停機或模具庫存十

5、分昂貴的時候。最后，有時經(jīng)常會出現(xiàn)生產(chǎn)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(shè)計修改引起的前期成本。3）模具設(shè)計的改進(jìn)為終端產(chǎn)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(jié)構(gòu)并能產(chǎn)生完全致密的打印部件，與那些鍛造或鑄造的材料（取決于熱處理和測試方向）相比，其機械和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(jìn)模具的設(shè)計。當(dāng)目標(biāo)部件由幾個子部件組成時，3D打印具有整合設(shè)計，并減少零部件數(shù)量的能力。這樣就簡化了產(chǎn)品組裝過程，并減少了公差。此外，它能夠整合復(fù)雜的產(chǎn)品功能，使高功能性的終端產(chǎn)品制造速度更快、產(chǎn)品

6、缺陷更少。例如，注塑件的總體質(zhì)量要受到注入材料和流經(jīng)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(shù)來制造的話，引導(dǎo)冷卻材料的通道通常是直的，從而在模制部件中產(chǎn)生較慢的和不均勻的冷卻效果。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(dǎo)致更高質(zhì)量的零件和較低的廢品率。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(xué)和提升最低性能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具和固定夾具。傳統(tǒng)上，由于重新設(shè)計和制造它們需要相當(dāng)?shù)馁M用和精力，所以工具的設(shè)計和相應(yīng)的裝置總是盡可能地使用更長的時間。隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)可以隨時對任何工具進(jìn)行翻新，而不僅限于那些已經(jīng)報廢和不符合要求的工具。由于需要很小的時間和初始成本，3D打印使得對工具進(jìn)行優(yōu)化以獲得更好的邊際性能變得更加經(jīng)濟。于是技術(shù)人員可以在設(shè)計的時候更多地考慮人體工學(xué)，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是減少了幾秒鐘的裝配操作時間，但是架不住積少成多。此外優(yōu)化工具設(shè)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(chǎn)品的定制化更短的生產(chǎn)周期、制造更為復(fù)雜的幾何形狀，以及降低最終制造成本的