摘要：随着当前3D打印技术在我国很多行业中的广泛应用，大众日常生活中也出现了很多使用3D打印技术制作的产品，3D打印技术已经改变了大众的传统生活模式，并为人们所接受。高科技的发展，3D打印技术也成为了未来发展的趋势，在模具制造行业中3D打印技术也有着一定的优势，对模具制造中的一些弊端进行改善，更好的提升模具制造的效率和质量，实现模具制造业效益的最大化。
关键词：模具制造；3D打印技术；应用
引言：随着3D打印技术应用范围的扩展，人们生活中开始出现了大量由3D打印技术制作而成的产品，这表示高科技已经进入到人们的生活中，3D打印技术的应用也将成为模具制造行业的发展趋势之一，并且3D打印技术在模具制造中的应用具有诸多优势，能确保模具制造的质量和效率。
1.概念简析
3D打印技术（增材制造技术）是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，将材料逐层堆积制造出实物的新兴制造技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。3D打印技术综合了信息技术、数字建模技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。传统的模具制造技术是在接单后还需对接单项目进行评审，在确定了开发要求及工艺路线后，开始模具设计。加工之前需要按照设计的图纸备料。接着是粗加工，最后是试模验证。其加工流程如图1所示。采用传统的模具制造技术制造加工出一个合格的模具所需要的人力、物力较多，生产时间也较长。
图1.传统模具制作设计过程：
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2.模具制造中3D打印技术的应用方式
2.1直接制造软质模具
第一，选择激光烧结砂模方式。砂模可以直接应用选用激光烧结技术完成制造，激光能够令高分子粘结剂熔化，进而起到粘结沙砾的作用。选择激光烧结技术制造的砂模，其构件精度和表面粗糙程度均和常规模具制造方式制造的砂模相近。第二，DirectAIMDirect（直接）。AIM指的是应用SLA（光固化成型）技术制成塑料模具，该技术的模型制造精度较高，但是模具成型需要的时间较长，并且力学性能较差，容易发生破损问题，一般应用在几何形状较复杂的零件模型加工制造中。第三，光固化复合材料制模方式。光固化复合材料制模方式以铝粉和环氧树脂为制模材料，对其进行光固化后使其成为模具。相比较DirectAIM技术而言，光固化复合材料制模方式可以提高模具的机械强度，如果模具对热传导能力有一定要求，可以选择在制造材料中加入金属铝粒，这样能够缩短制模时间，进而提高模具的热传导能力。
2.2间接制造软质模具
首先，金属喷涂方式。金属喷涂方式以3D打印原型为母模，将熔点较低的合金或金属喷涂到母模表面，形成金属薄壳后填充复合材料即可完成模具制造。此方式的模型制造速度较快，适合应用在标准零件模型加工制造中；其次，硅橡胶浇铸方式。硅橡胶浇铸方式的应用流程如下：处理母模表面，将刷脱模剂涂抹到表面，并将母模固定同时放置型框；浇铸硅橡胶悬浮液；将母模型抛开取出原型，这样模型中间便成为了空腔结构。此方式得到的模具具有弹性较高、柔性较好的特点，适合应用在金属、功能性塑料、陶瓷复杂零件模型加工制造中；最后，树脂浇铸方式树脂浇铸方式和硅橡胶浇铸方式原理相似，具体加工流程如下：在砂箱里放置母模，母模的分割标识线选择用塑料土标出，在母模中倒入树脂，一直到标记的分割标示线位置处。为了优化模具的热学性能，可以选择在树脂中加入铝粉或金属小颗粒[1]。
2.3D打印成型技术对模具制造技术的冲击
工业产品的更新换代非常快，一个新产品生产出来后，如果没有销路，那就得不偿失。传统模具制造技术开发一套模具需要几十万，甚至几百万元。而利用3D打印技术，可以把产品先开发出来，直接打印。使用3D打印技术的优势在于可以大大缩短生产的周期、节约生产成本。比如，一套手机模具，采用传统的制造技术，须经过大约12个工作日才能完成，有时还会造成材料的浪费。但利用3D打印技术几个小时就可以完成，而且还具有高精密度的特点，这样就能够不断提高市场竞争力，在发展中抢得先机。3D打印的优势很明显：可免除制造刀具、夹具和模具的过程，直接进行产品加工，解决了生产工艺难以解决的问题，还节约材料、缩短时间。
4.3D打印成型技术短期内无法替代传统模具制造技术
3D打印诞生近三十年了，但产业化远未形成。虽然3D打印名气很大，但到今天还处于科普阶段。3D打印作为一项前沿的、先导性较强的技术，可以满足个性化、定制化、复杂、高难度产品的需求，但不具有批量化、规模化的优势。
4.1传统工业的成熟给3D打印制造门槛
传统工业大生产在过去200多年可以说非常成功，发展到今天，分工也非常细，配套非常充沛，可以说是环环相扣，形成了巨大的利益攸关体，形成了巨大的惯性。如果要打破这种惯性，成本非常高。这些3D打印无论是颠覆或者融入，门槛都特别高[1]。
4.2目前3D打印不适合批量生产
3D打印目前并不适合批量生产，例如3D打印技术生产1件产品和生产1万件产品的成本单价基本接近，而且3D打印需要更长的时间。一个喷头就对应生产一个产品，而且产品体积大了，成型速度几何性降低，几个小时才成型一个东西，粗糙度不满足，还要打磨，还要精加工。传统模具制造技术在我国大批量生产中占据明显的优势，在非批量、精密要求不是很高的产品制造领域，传统模具制造暂时不具备替代性。
4.33D打印技术的材料种类较少，而且价格较贵
尽管现在已有几百种材料能够被3D打印，但是高温塑料和一部分常用金属依旧不能被打印。尤其金属由于热处理的问题，很容易出现打印后变性的问题，现场EOS（商用分布式分布系统）的代表提出的比如invar（因瓦合金），就不能被打印，而这个材料在航空发动机中却是相当重要的材料。而且国内有能力生产3D打印材料的企业很少，特别是金属材料主要依赖进口，价格高[2]。
4.43D打印技术的速度、效率、质量还有待提高
3D打印本身的技术原理就决定了制造精度和制造速度存在矛盾。3D打印是一层层来制作物品。如想提高打印精度就得增加打印层数，但是自然而然地降低了打印速度。而提高速度的话就会有精度问题：因为3D打印采用的是逐层堆积制造的方式，这种方式本身就存在“阶梯效应”，特别是所制造工件表面曲度较大的时候，阶梯效应就尤为明显，这会影响工件的精度。
结论
简而言之，近年来，伴随我国科学技术不断进步，3D打印技术逐渐进入了大众视野，在我国多个行业中被广泛应用。对3D打印技术的有效使用，能够在一定程度上提升当前我国在模具制造和设计中的整体效率，一定程度上提升我国的整体实力和综合素质，为我国制造业的发展打下坚实的基础，本文针对当前模具制造领域3D打印技术的应用进行了分析[3]。
参考文献：
[1]陈兴龙.3D打印技术在模具行业中的应用研究[J].机械工程师，2016.
[2]李志君.3D打印技术在塑料加工成型及模具设计课程群教学改革中的应用探索[J].科教文汇旬刊，2019.
[3]厉成龙.3D打印技术在现代模具制造中的应用[J].装备制造技术，2018.
论文作者:赵璐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/16
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