淺析3D打印在容器模具制造領域的應用

楊國星

[摘 要]增材制造也稱為3D打印，這類新式打印方式可用來填補傳統打印的缺陷，在根本上更新了日常的打印流程。相比來看，3D打印表現為更多的優勢，因而日益適用于現今的打印領域。在制造容器模具時，3D打印可用來提供精準的模具外形并且減低了容器制造耗費的總成本。從目前應用看，制造容器模具的相關領域更多采納了新式的3D打印。對于此，有必要解析制造容器模具過程中的打印技術根本原理。結合制造業的真實狀態，探析3D打印在制造流程中的具體應用。

[關鍵詞]3D打印；容器模具制造；具體應用

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0316-02

從現狀來看，模具制造在總體工業領域內占有更明顯的位置，工業制造的各流程都不可缺乏模具制造。最近幾年，模具制造表現出更優的成效性，這種基礎上也便利了各環節的容器制造。然而不應忽視，模具制造仍沒能達到完善，有待長期的改進。這是由于，開發特定容器模具的流程是較復雜的，容器本身以及模具的制造應當彼此吻合[1]。由此可見，設計及制作容器模具的總體質量密切關系到容器產品的特性，也關乎市場內的銷量。若要在根本上減低成本并且創造更優的產出，就要逐步接納3D打印的新技術用來輔助模具制造，在這種基礎上確保各批次的優良模具生產。

一、3D打印的技術特性

快速成型簡稱為3D打印，是借助計算機來轉換原始性的文件圖形，專門設備可用來逐層打印。在上世紀末期，這類打印方式被創造出來，新式技術根植于材料堆積的流程及方式。3D打印通常針對于CAD特定的文件或數據，打印的介質為粘合性的粉末金屬，可以構造出某一特定物體。從技術特性來看，3D打印擺脫了常規打印必備的加工機械，可以辨認給出來的微機圖像進而制作出容器模具。從這個角度看，3D打印縮短了研發特定打印產品的時限，生產效能也由此而提升[2]。

具體而言，先要給出設置好的三維模型，在給定模型上分離可得多層次的二維圖像，這些圖形被視作特定數目的片層。后期在打印時，打印裝置在選定的平面上可以沉淀材料而后垂直移動這些材料。經過連續的打印步驟，打印裝置可給出合格的模具制品。由此可見，3D打印融合了多類型的制造業技術，只要給出明確思路即可制作出合格的容器模具。

相比于常規制造業，3D打印擺脫了減材制造的流程，轉而采納了加法規則。預先給出設計思路，3D技術可把原始思路快速變成設置好的模型。針對于制造業，3D打印也可省略常用的機床、夾具及刀具等，在根本上符合了新階段內的一體化模具制作。從制造成本看，3D方式也可用來節省超出一半的容器模具經費，同時縮短至30%的原始加工時間。截至目前，3D打印已經衍生出多樣的打印技術，因而也可適用于多領域內的產品制造。

二、制造容器模具選用3D打印的必要性

作為增材制造的新式技術，3D技術彌補了常用技術缺陷。從這個意義來看，3D方式突破了沿用下來的制造業方式，因而屬于重大更新。從原理角度來看，3D打印很類似常見的打印，然而所需原材卻并不相同。這是因為，3D打印并不是借助墨水來打印，而是選用了樹脂、塑料或新型粘結劑作為打印介質[3]。從分類來看，3D打印包含了新式的粘結打印、沉積式的熔融成型、蠟質的打印等。3D打印也可替換為激光頭，用來分層制造某些實體。根本原理即為：初期的建模選用CAD予以完成，而后進入切片的分層式模型處理。在打印流程的后期，打印機可分層予以處理切片并且用來打印，這樣就構建了三維式的實體容器模型。

工藝制造不可缺乏模具，這是因為模具可用來塑造出特定的容器形態，通常可以塑造固液態的容器。在外力輔助下，模具可把給出來的毛坯變成所需規格的精確容器。制作容器模具的常用流程是很繁瑣的，若要制作特定的某一容器那么還需要耗費偏高的總體成本。例如：開發新式瓷瓶或玻璃瓶時，先期的設計通常都并不吻合制作出來的產物，因而體現出較大的預期誤差。若再次去更改，那么還會耗費更多的原材投入。

目前在制造業中，容器模具適合于更廣范圍內的容器加工，例如成型沖壓、擠壓機模鍛、壓力性的鑄造、制作陶瓷或橡膠塑料等。此外，注塑成型所需的模具類別也是較多的。針對于開發及更新容器產品，模具質量及后期的加工水準都表現出較大影響。由此可知，模具制造密切銜接于現今的工業進步[4]。

三、具體技術操作

（一）打印操作的流程

第一步為建模。針對給出來的容器產品，首先就要構建精準的模型，建模步驟需要借助于計算機的輔助。現今的階段內，3D方式可選用CAD或Pro等建模軟件來具體操作。應當注意的是：在建模步驟中，相關人員應能遵照設置好的例圖予以操作。這是由于，打印機在操作打印的流程中也嚴格遵照選定的三維模型。在這種狀態下，建模決定著后期的打印質量。

第二步為分層。制作容器模型過程中，3D模型應能轉化先期制作好的三維模型，把它設置為易于辨認的二維信息。打印機設有可操控的自動軟件，在這種基礎上相關人員還需設置明確的參數。沿著縱軸方向，打印機可把模型細分成各層次的片層[5]。在這些片層中，各層次都代表著較薄的圖層且記錄了原始性的打印信息。若設置了較多片層，那么打印得出的模具將會更精確，同時也符合了設置的原始指標。受到設備的約束，打印好的薄片厚度也有限度。

第三步為打印。在3D技術下，打印機可辨別薄片內的數據信息，進而粘合了膠狀、液態或粉末片狀的組合型材料。在粘合多層材質的基礎上，打印機也積累了分層式的二維圖形，這就為后期制造立體性的容器模型提供了基礎。打印設備可用來自動辨別多層次的二維薄片，逐層堆積得到所需的模型產品。

（二）新式技術優勢

首先，3D打印可用來簡化原始的打印步驟，同時節省成本。從企業角度來看，3D打印協助企業節省了投入至打印培訓中的經費，創造出更多樣的模具產品。經過切削的改進，3D打印在最大幅度內減低了經費，原材浪費因而也被減小。在3D方式下，相關人員不必再去組裝特定產品，借助3D手段即可自動成型。對于分層式的打印，可同時配備附帶性的模具產品。

其次，3D的流程擺脫了常用工藝設置的限度，在更大范圍內吻合了新式制造業。突破技術限度，可以制作更多樣的模具類產品。在傳統領域內，企業先要設置前期性的打印培訓，相關人員才會熟識多步驟的打印操作。然而，3D打印節省了初期的耗費，可直接從給出來的文件中識別信息[6]。

第三，新穎的打印模式也拓展了全新的商業范圍。在技術輔助下，模具制造類的企業在日常制作產品時可做到按需來生產，進而切實縮小了積壓性的庫存。從未來趨勢看，3D打印還可用在模具容器制造的更多領域內并且顯示獨有的優勢。

四、制造容器模具的具體應用

具體在模具成型時，3D方式先要預制明確的設計圖，而后依照設置的圖示予以詳細制作。若預先制作出來的容器模具符合了規格那么即可直接予以投產，如果沒能符合指標還可繼續修正。詳細來看，容器模具制造中的3D打印包含了如下應用：

（一）快速制造的技術

在多種情況下，3D打印都會受限于容器原材，因而有必要設置快速成型的技術。從具體分類看，快速模具針對于硬質或軟質這兩類的模具，可以間接或者直接去制作某類的容器。例如：經過激光燒結，可直接制作出所需的砂模。因為激光具備了較高的總能量，可用來熔化高分子性的粘結劑進而將砂礫粘結為整體。選用這類流程可獲得所需的金屬件，砂模鑄造得到的金屬件具備了更優的表層粗糙度。此外，熱縮澆筑可得特定的塑料產品，然而制作這類模型需要考慮到較脆弱的力學特性[7]。

（二）噴涂金屬的制造法

金屬噴涂的具體操作中，母模可以設置為打印得出的原型。在母模的表層，可噴涂較薄的合金涂層而后制作金屬殼。在模具的本體中，可以填入新式的復合型模具材料。借助這種流程，相關人員可快速制作出達標的鑄模用作后續的容器制造。母模設有基底下側的支撐，噴涂金屬可以構成內側的模具型腔借以支撐上側的整體。針對熔點較低的金屬、陶瓷零件及環氧樹脂等，3D打印都表現出更短的耗時及更低的成本。

（三）制作硬質的容器模具

容器生產中所需的剛性模具是硬質性的，這類模具可用來塑造各異的容器類型。通常來看，硬質模具在具體制作過程中可選用不銹鋼材質或液態性的粉末，這種方式加工可得硬質的金屬容器。此外，3D技術還可用來翻制灌注后的硅膠模，經過燒結的流程可以除掉上覆的粘結劑進而獲得疏松的模型內部結構，確保最佳的模型致密度。

結語

從市場趨勢看，3D打印的配套設備正在日益更新，與之相應的容器模具制造也拓展了規模。3D打印包含了較多類型，打印的流程也可借助于新式的介質。在未來實踐中，制造容器模具的相關行業將更加緊密銜接于3D打印的新方式，進而開發出新階段內的打印流程。然而，容器模具制造選用的3D打印仍沒能達到完善，相關人員需要熟識3D打印的步驟并嘗試予以運用。后期實踐中有必要不斷歸納珍貴的技術經驗，服務于根本性的打印質量提升。

參考文獻：

[1] 王子明，劉瑋.3D打印技術及其在建筑領域的應用[J].混凝土世界，2015（01）：50-57.

[2] 秦培凡，蘇賀，李慧蕓.3D打印在容器模具制造領域的應用[J].科技創新與應用，2015（08）：41.

[3] 王穎，袁艷萍，陳繼民.3D打印技術在模具制造中的應用[J].電加工與模具，2016（S1）：14-17.

[4] 蔣立新，易翔翔，邵潔.3D打印技術的發展及在軍工領域的應用[J].中國軍轉民，2013（12）：58-62.

[5] 郭其民. 3D打印技術在制冷空調行業的應用前景分析[J].制冷與空調，2016（02）：7-11.

[6] 鄧濱，歐陽漢斌，黃文華.3D打印在醫學領域的應用進展[J].中國醫學物理學雜志，2016（04）：389-392.

[7] 盧燕明.探索中國3D打印工業領域應用市場[J].金屬加工（冷加工），2014（21）：21-29.