摘要：3D打印技术的发展和进步，对于模具制造技术，特别是复杂型芯等零部件的设计和加工具有很大的进意义。因此，3D打印技术在模具设计与模具制领域具有广阔的应用前景。本文探讨了3D打印技术在模具行业中的应用研究。
关键词：3D打印技术；模具行业；应用
3D打印技术的不断发展和成熟将作用于模具制造领域，该技术省去传统刀具，工装夹具和机床可制造出所需产品，可以精确的、快速地将设计好的模具3D模型加工生产出来，缩短了模具的开发周期，节约了生产成本，实现了绿色模具的快速模具制造。
1 3D打印技术工作原理及优势
1.1 3D技术的原理
根据3D打印技术目前的发展程度，常见的3D打印技术包括了光固化成型（SLA）、三维粉末黏结（3DP）、熔融沉积快速成型（FDM）等三种。以上技术种类与以往的喷墨打印机工作原理较为相似，但使用的材料不同。喷墨打印机喷出的是墨水，而3D打印机喷出的是蜡、黏结剂、树脂等材料。
光固化成型（SLA）利用的材料是光源照射热敏性或者激光性材料，一层一层扫描后照射固化，以此获得目标产品。SLA技术的研究最为深入，其发展也最为成熟，比较适合应用在精度较高和结构复杂的元件打印中。三维粉末黏结原理是先在工作的平面上铺设上一层粉末性材料（塑料粉末、金属粉末、陶瓷粉末等），黏合剂通过喷嘴喷射到工作面待成型区，等待成型区的粉末材料黏结，就会形成目标产品的截面形状，最终打印出目标产品。
熔融沉积快速沉积，即熔丝沉积，是将丝状性的热熔材料进行熔化处理，喷嘴将熔化后的热熔材料喷出，沉积在事先固化好的材料上，此步骤循环进行，经过材料的层层堆积，最终形成目标产品。熔丝沉积方法是3D打印技术中应用最多的技术，其制造成本低，方法简单易懂。
1.2 3D打印技术优势
1.2.1缩短模具生产周期方面的时间
3D打印可以将计算机中的三维设计转化为实物模型，并且拥有着极高的效率，自动、快速、直接和精确是3D打印技术最主要的特点，对于模具生产周期方面的时间能够进行相应的缩短。利用这种技术进行模具制造，可以在几个小时的时间之内就能将相关的模具制造完成，实现模具从平面图到实体的飞跃。由于传统的模具制造需要投入大量的资金才能够保证模具经过制造后的质量，因此模具制造中，必须严格讨论设计方案，如果出现质量问题，为了减少损失，选择推迟或放弃产品的设计更新。但是如果使用3D打印技术进行模具的制造，有利于促进企业的更新换代，促进企业发展。
1.2.2降低制造成本
虽然利用3D打印技术进行金属方面的制造工作需要投入更高的成本，但是在塑料制品方面，在资金投入方面却相对比较低廉。部分材料其本身拥有着极高的成本，使用这种材料进行传统的方式模具材料的制造的话，要是出现了哪怕小小的一点失误，都会导致材料的报废。因此，利用价格比较昂贵的材料进行模具制造，会产生比较高的报废率，得不偿失。但是如果使用3D打印技术进行模具的制造的话，3D打印的灵活性就能够帮助工程师同时尝试无数次的迭代，并可以在一定程度上减少因模具设计修改引起的前期成本，对于模具的生产有着极大的帮助，有利于促进制造成本的进一步降低。
1.2.3为产品的发展提供更多的可能性
由于3D打印技术的使用，从而能够直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品，因此有利于减少刀具、夹具、机床或任何模具的使用率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着我国技术水平的不断提升，我国在进行模具制造的过程中，随着材料种类的任意增多，在功能方面也从传统均质材料到非均质材料，有利于促进我国的3D打印技术朝着多元化的方向发展，有利于促进我国3D打印技术水平的不断提升，从而更好地为我国的发展提供一定的帮助。
2 3D打印技术在模具行业中的应用研究
2.1 3D打印技术在产品设计中的应用
目前产品设计流程的平行化越来越受到重视，通过改进产品设计开发流程，并行考虑产品生命周期各阶段因素，强调后续环节可能出现的问题要在设计的早期阶段就被析出并加以解决，最大限度地减少设计反复，缩短产品设计开发时间。在产品并行设计条件下，产品开发过程的各环节、各要素在可能的情况下同时工作，协作运行。在产品并行设计过程中，3D打印技术的应用是整个设计流程的关键，设计团队能够在设计阶段把概念模型精准地变为实物，为设计交流与讨论提供保障。它有别于传统的设计思路，仅能借助极为抽象的概念模型或2D平面图纸作为可视化媒介开展设计讨论，无形中限制了团队间关于开发产品概念的有效交流。3D打印的应用能够让设计团队中的每个成员，乃至产品用户都能够直观地看到和触模这些概念模型，比较它们之间的结构、外形和功能的差别与优劣，准确地反映出产品概念存在的问题，进而修改设计，重复这个设计迭代过程，直到产品概念完善为止。
2.2 3D打印在模具制造中的应用
目前制造业领域使用3D打印技术的企业众多，其中模具企业是应用3D打印技术最多的行业，常用于样品的打印，对产品样品的结构、外观以及功能进行测试合格后，才开始模具的制造。近年来，随着金属3D打印技术不断革新和成熟，越来越多的模具企业研究3D打印技术在模具制造中的应用，利用3D打印技术的优势进一步缩短模具生产周期、节约生产成本。
金属3D打印在模具制造中主要用于模具镶件的打印，模具3D随型冷却系统型芯型腔镶件和异形滑块的直接打印比传统加工手段的生产效率和效益都大幅提高，并不受产品内部结构及复杂形状所约束。传统设计制作的水路都是以钻孔方式完成，其直线圆管状造型另须避开结构或组装原件，因此水路设计极其受限。而使用3D打印技术（DMLS）为模具制造3D随型冷却水路，除了可以使模具局部温度降低或达到均温之外，并可对模具进行更快速的冷却处理，这样将可减少脱模速率和成型周期，并且不会因时间缩短而有残余应力及翘曲等问题发生，具有传统水路无法比拟的冷却效果。
传统冷却系统设计时需考虑镶件和结构的避让，无法把冷却水路设计到合理的位置，因此，冷却效果会受到极大的影响，局部会受冷却效果影响使产品存在着变形的风险；传统冷却水路的设计受限，主要受到传统制造工艺的影响，传统的制造手段无法给冷却系统设计提供保障，仅能通过镶嵌或钻孔的工艺手段实现冷却系统布置。随着金属3D打印技术的不断提高和在模具行业中的应用，给冷却系统的设计提供了创新的平台，设计者不用受传统制造手段的限制，能够灵活根据模具和镶件结构设计随形的冷却系统，把冷却水路均匀地布置在模具成型镶件中，使模具能够快速冷却并获得良好的匀温效果。
3D随形冷却系统相比传统冷却系统具有如下几点优势：①有效缩短注塑或压铸过程中的冷却时间，减少脱模速率和成型周期，生产效率将大幅提高，可提升30～70%产能时效与质量良率。②产品不会因时间缩短而有残余应力及翘曲等问题发生，有效减少翘曲变形、开裂飞边、气泡砂眼等产品缺陷，显著提升最终产品的质量与成品率；③模具使用寿命得到有效延长，产品单位成本降低。
综上所述，3D打印技术和传统制造技术都存在优势和劣势，目前3D打印技术还不能替代传统制造技术。为此只有通过探索、研究取两技术之长处来推动制造业的高速发展。
参考文献
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[3]王颖,袁艳萍,陈继民.3D打印技术在模具制造中的应用[J].电加工与模具.2016(S1)
论文作者:孙滨
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：技术论文; 模具论文; 产品论文; 材料论文; 模具制造论文; 传统论文; 水路论文; 《基层建设》2019年第1期论文;