3D打印技術在模具行業中的應用研究

陳劍偉

大連眾益工業技術有限公司

3D打印技術在模具行業中的應用研究

陳劍偉

大連眾益工業技術有限公司

3D打印技術屬于新型的高新技術，有著獨特的運作模式。雖然3D打印打印技術在各個領域都有著廣泛的應用前景，但是由于可制造材料有限，制作成本偏高，致使3D打印技術的推廣受到了一定的限制。但我們也深信，3D打印技術的應用必然能夠取代傳統的生產線，有效提升各個產業的生產效率。基于此，本文將著重分析探討3D打印技術在模具行業中的應用，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

3D打印技術；模具行業；應用

1、3D打印技術概念和分類

3D打印技術，又被人們稱之為添加制造技術，或者是增材制造和增量制造技術。美國材料與試驗協會針對3D打印技術進行了明確的界定，3D打印技術與當前的傳統加工方式具有極大的差別。這一技術是利用三維CAD成型技術對材料進行逐層的加工工藝，是一種使用直接制造和三維模型技術相結合的三維物理實體模型的加工方法。3D打印是集CAD建模、測量、軟件、數控、激光和材料等多學科于一體的技術，具有3D打印數字、分層、堆積、直接和快速等多方面的制造優點。

2、3D打印技術在模具行業中的應用優勢

2.1 個性化

市場上的產品大都千篇一律，而越來越多的人追求個性化的產品，這種消費趨勢的變化必然也會對制造業產生影響。從手機、筆記本電腦到汽車，個性化和創新化的需求和趨勢逐漸明顯，但這是傳統加工制造業難以解決的技術瓶頸，這為3D打印技術的發展提供了契機，也是未來3D打印技術發展的重要方向之一，必將引起一場技術的革命。

2.2 創新化

傳統的加工制造業對產品的創新和創意有一定程度的限制，例如我們現在所使用的各種產品，都是在可以制造出來的設計和制造理念下生產的，也就是說，從這個產品的設計到生產，我們都必須要考慮其加工制造性。3D打印技術不但可以使一切創意成為可能，也會大大地縮短產品的開發時間，降低生產成本，同時可以將電腦設計出來的創意產品直接在3D打印機上快速打印出來，實現產品的并行設計制造。

3、3D打印技術在模具行業中的應用實例

3D打印技術在一副模具異形型芯中的實際應用。圖1中的塑件用以進行模型設計。該塑件的腔體深度65毫米，長短邊分別是30和15毫米，細長空心塑件。圖1中(a)(b)分別是塑件正側面及頂底部結構。

采用UG軟件對圖1中的塑料構件的成型設計，型芯設計結構如圖2。因為塑件呈細長型，所以其型芯也需設計為細長型。冷卻問題是模具制造中的難題，尤其是細長型芯的冷卻。基于傳統生產方法，在型芯上設置水道的難度較大，所以必須采取底部冷卻的方法(如圖2)，而由于型芯過于細長，其冷卻效果不佳，可能引起塑件變形彎曲，降低生產效率和產品質量。

打印型芯結構。因為細長型芯采用底部冷卻方式，所以其冷卻效果不佳。因此，應結合3D打印技術優化該結構和冷卻水道。為了加強細長型芯的冷卻效果，在型芯結構上設計了冷卻水道(如圖3)，但傳統生產方法不能或無法加工水道。利用3D技術的話，可以將異形水道型芯加工成實際產品。如在圖3中，(a)是用傳統方法生產加工出來的產品；(b)是3D打印技術加工出來的結構，加工出來的細長型芯具有整體性，細長型芯的冷卻問題得到有效解決，提高了型芯的冷卻效果。最后對模具進行總裝設計。

傳統制造方法無法完成細長型芯冷卻水道的加工，而3D技術卻很好解決了這個問題，提高了產品的生產質量和效率。同時，有效提升了模具制造的能力，如在模具冷卻水道設計制造，模具的注塑周期大大縮短，還實現加工材料的零浪費的效果。3D打印技術轉換了設計的思維，可以根據元件的受力部位和承重情況進行思考，也可以將現有的技術形態升級，因為其生產制造的流程簡單且期短，通過集成數控加工等制造技術可以提高復合制造能力。

圖1 塑料結構

圖2 型芯結構

圖3 打印的型芯結構圖

4、3D打印技術在模具行業中的應用前景

產品的更新換代非常快，產品生產出來，如果沒有銷路，那就會得不償失。在企業開發新產品時，可用3D打印技術制造樣品，用傳統技術進行批量加工。這樣可去除傳統模具制造時先做模具、再通過模具制造樣品，經多次修改制造出滿意的樣品的步驟。3D打印技術在模具制造中的優勢在于大大縮短生產時間，節約成本。

總而言之，在最近的5年，3D打印產業快速走入人們的視線，引起了人們的廣泛關注，逐漸在實驗室、企業、家庭等領域蔓延開來。模具是工業發展的基礎，在國民經濟中占有十分重要的地位，是衡量一個國家制造水平的重要手段之一。利用3D打印機來加工和生產模具，幾乎可以完全不用考慮其結構和形狀的復雜程度，尤其是在加工曲面時，具有其他成型加工方法難以比擬的優勢。這也就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]王穎，袁艷萍，陳繼民.3D打印技術在模具制造中的應用[A].中國機械工程學會特種加工分會.第16屆全國特種加工學術會議論文集(下)[C].中國機械工程學會特種加工分會，2015：6.

[2]李冉，齊向東.3D打印技術在建筑行業的應用與研究[J].電子技術與軟件工程，2015，05：102.

[3]厲成龍，馮楨.3D打印技術在現代模具制造中的應用[J].裝備制造技術，2015，05：275-276.

[4]蘇立華.3D打印技術在手機外殼行業中應用的可行性分析[D].北京交通大學，2015.