3D打印技術(shù)融入模具行業(yè)的應(yīng)用研究

鄧遠(yuǎn)華

摘要：3D打印技術(shù)目前在我國的制造業(yè)當(dāng)中得到了越來越全面的普及。它的誕生，可以說是現(xiàn)代化信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的有效結(jié)合，為工業(yè)技術(shù)的新一輪騰飛帶來的了機(jī)遇。而在模具制造行業(yè)當(dāng)中，3D打印技術(shù)又發(fā)揮著強(qiáng)大的優(yōu)勢。3D打印技術(shù)融入模具制造是發(fā)展的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);傳統(tǒng)模具制造;應(yīng)用;研究

一、引言

3D打印技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下的產(chǎn)物，在我國工業(yè)模具設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[1]。我國在從農(nóng)業(yè)大國向工業(yè)大國轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中，不僅僅是要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模上面的提高，更要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)上面的飛躍。而3D打印技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這種飛躍的一個(gè)著力點(diǎn)。在3D打印技術(shù)不斷普及的今天，傳統(tǒng)模具制造技術(shù)也面臨著前所未有的沖擊。它所需的經(jīng)濟(jì)成本與時(shí)間成本都低于傳統(tǒng)模具制造技術(shù)。因此，3D打印模具零件替代模具部分零件的傳統(tǒng)制造是發(fā)展趨勢。

二、3D打印技術(shù)制造模具零件的方法

3D打印技術(shù)系工業(yè)快速成型的范疇。也稱為“增材制造”。它基于計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，主要采用逐層疊加制造方式將材料緊密結(jié)合在一起的工藝[2]。目前，常用的3D打印制造模具的技術(shù)有：1、分層實(shí)體制造法。其原理是采用激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓，然后利用熱帖、疊加、切割最終成為三維零件，此方法可以制造模具零件;2、立體光固化成型法。其原理是用一定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線，由線到面順序凝固，完成一個(gè)層面的固化作業(yè)，然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面，這樣層層疊加構(gòu)成零件。該技術(shù)可以制造多類模具零件，尤其可以采用該技術(shù)打印原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)?3、選區(qū)激光燒結(jié)法。其原理是采用粉末材料，這種粉末在激光照射高溫條件下才能融化。噴粉裝置先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn)，再采用激光照射，將需要成型模型的截面形狀掃描，使粉末融化，被燒結(jié)部分粘合到一起。通過這種過程不斷循環(huán)，粉末層層堆積，直到最后成型零件。該技術(shù)根據(jù)選用不同粉末材料，可以打印多類模具零件，但成本較高。

三、3D打印技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)模具制造技術(shù)的優(yōu)劣

（一）3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

1、節(jié)省材料。由于采用增材制造，不需要像傳統(tǒng)加工那樣切除材料，因此材料利用率高;2、可制造復(fù)雜零件。尤其像帶隨形冷卻水道模具成型零件，如圖1所示，注射模中，冷卻水道可以根據(jù)塑件形狀設(shè)計(jì)成相應(yīng)的形狀，水道直徑可以根據(jù)需要改變，水道截面形狀的選擇呈多樣化。模具冷卻時(shí)間是決定塑件生產(chǎn)周期長短的重要因素，通過CAE分析優(yōu)化模具冷卻水道的形狀和布置方式，可以提高冷卻效率，并降低因冷卻不均導(dǎo)致的廢品率。該零件

采用傳統(tǒng)模具制造技術(shù)非常復(fù)雜，目前，隨形冷卻水道主要通過選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)制造。3、縮短制造周期。制作過程中，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中或者通過逆向工程生成模型，然后直接打印零件，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，而且還能打印出組裝好的產(chǎn)品，因此它大大降低了組裝時(shí)間。

（二）3D打印技術(shù)的不足之處

與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，3D打印技術(shù)的不足之處主要在于它的精度。由于分層制造，每個(gè)層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會(huì)形成具有一定厚度，這一層層的“臺(tái)階”帶來一個(gè)問題就是產(chǎn)品模具表面的臺(tái)階紋效應(yīng)，即在模具表面所存在的細(xì)小、齒狀的邊緣，這必須要進(jìn)行一些二次加工，運(yùn)用機(jī)械加工、噴砂等手段來消除;另外對(duì)于特殊的孔成型，也存在不便之處，如小于1毫米的小孔，螺紋孔等，必須采用二次加工。最后，材料也有局限性：目前供3D打印機(jī)使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機(jī)粉料、光敏樹脂、塑料等。能夠應(yīng)用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機(jī)對(duì)單一材料也非常挑剔。3D打印的模具材料一般是光敏或熱固性樹脂，通過紫外光或者激光固化，這些塑料模具盡管比較硬，但是在注塑的熱循環(huán)條件下?lián)p毀非常迅速。

四、3D打印在模具行業(yè)的發(fā)展趨勢

3D打印技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用雖然有不足之處，但隨著該技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)將會(huì)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，這是解決模具設(shè)計(jì)與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。3D打印技術(shù)將會(huì)應(yīng)用在直接制模和間接制模兩個(gè)方面，直接制模是指采用3D打印技術(shù)直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。

五、結(jié)束語

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，適合打印的材料不斷增加，3D打印技術(shù)必然會(huì)融入模具制造領(lǐng)域。該技術(shù)將會(huì)拋棄傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床，采用增材方式制造出所需產(chǎn)品;可以采用軟件精確、快速地設(shè)計(jì)好模具3D模型，利用3D打印設(shè)備打印零件，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)模具快速制造。

參考文獻(xiàn)

[1]李香美. 3D打印技術(shù)對(duì)模具制造技術(shù)的影響[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019，3（15）：100-101.

[2]蔡思澤. 3D打印顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)[J].中國中小企業(yè)，2011，（11）：46-47.

[3]伍倪燕，廖璘志等. 3D打印技術(shù)對(duì)模具制造技術(shù)的影響分析[J].模具制造，2014，10（8）：87-88.