3D打印技术对模具制造技术的影响

3D打印技术对模具制造技术的影响

作者：白仲凯

来源：《中国科技博览》2018年第12期

[摘 要]机械制造领域的发展在新技术的支持下，已经有了很大程度的进步，机械模具数据加工制造技术，是当前比较流行的制造技术之一。近些年，3D打印技术在模具行业的应用程度不断加深和拓展，在我国也有强劲的发展势头。本文重点对3D打印技术对模具制造技术的影响进行研究，以供参考。

[关键词]3D打印技术；模具制造技术；机械制造；模具行业

中图分类号：V16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0224-01 引言

3D技术于2016年在我国发展起来，是一种先进的现代高科技技术手段。最开始时只是打印一些小型的产品模型、零件，还有小孩的玩具，因技术方面的不成熟，没有被广泛应用。随着时间的推移，发展至今，3D打印技术已经应用到各个领域。比如在医疗保健、服装配饰、汽车制造等各行各业中，3D打印技术在模具制造中应用也十分广泛。从以前的模具手工制造，到现在的机械流水制造，模具制造业的发展速度是相对比较慢的。而当下模具制造中应用的3D打印技术让模具制造业发展到一个新的高度，实现了该行业的转型。 1 3D打印技术和模具制造技术概述

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。 2 3D打印技术优势 2.1 3D打印效率高

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

传统的固化材料制作工艺（SLA）制作模具原理是一定波长的激光作用在光固化材料上，一定强度的激光让其凝固，完成二维制作之后再层层叠加，从而制作出三维模型。这种制作工艺造价高、操作复杂、运算量大，后期设备维护的费用相对也较高，最主要的是工作效率低。而3D打印技术操作简单，成品速度快，工作效率高，是普通传统工艺制作水平的百倍，这对于整个模具制造业是一个很大的改革。 2.2 3D打印周期短

3D打印技术制作过程速度快，只需要在3D制作软件上建好需要打印的产品模型，再将黏性材料通过打印机分层打印出来，这样通过层层累积的方式快速地将产品制作出来。3D打印机的速度已经达到了600mm/s，可以在5分钟时间类完成一个60mm的三维模型，这对于普通制作工艺来讲，需要至少十个小时左右，极大了节约了时间成本，更适合于工厂车间批量生产。

2.3 3D打印精度高

3D打印技术是利用计算机三维制作软件来完成初步建模操作的，这一过程需要精确细心。将每一个产品模型的尺寸大小都记录在计算机里，对于复杂一些的模型来讲，通过计算机的运算要比传统手工制作的精确度高很多，制作出来的产品的精度当然也高。尤其是对于曲面模具的制作，要求精度更高，而3D打印技术制作能够精准地完成。

总的来说，与传统的切削加工技术相比，3D打印技术具有以下优点：非接触加工，不需要切削加工时用到的刀具和夹具；可制造出形状复杂或带有自由曲面的零件、噪音较小、废料少、可循环；操作可以由电脑控制，无需人的过多干预，能快速制作出产品实体模型及模具，精度高、质量好，效率高。

3 3D打印技术对模具制造技术的影响

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。

首先，3D打印技术可加工任意曲面的复杂产品和缩短产品研发周期。故对于生产成本高的新产品，可先通过3D打印出少量产品，投放市场后观察动态，如果销量好，再通过模具制造大批量生产，这样可以避免大量的制造效益不高而给企业造成巨大损失的情况；其次，3D打印技术可精确地制造出零件中的任意结构细节。在模具设计环节中，先借助3D打印出零件

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

的实体模型，即可有效地指导模具的工艺设计，也可对零件进行装配检验，避免其结构和工艺上的设计错误；最后，随形冷却水道是高端精密模具常用的一种冷却系统，这类模具无法用常规机械加工技术制造，但3D打印技术能够制造这类复杂模具，可使模具局部降温及快冷，缩短成型周期。

4 3D打印技术的发展趋势

传统模具加工制造技术和3D打印技术都存在不足和独特的优势，让两者相互融合是该技术发展的方向。模具制造行业和3D打印技术都在飞速地发展，两者相互补充、相互促进。国际模协会秘书长认为，在未来3D打印机可以完成三成的工业产品，剩下的七成还是需要有模具生产制造出来。同时，3D技术与逆向工程及测量工程有机联合在一起，可以促进模具制造领域的技术更新，不断攻克3D打印技术现存的技术难题，使得3D打印技术在模具研发设计和制造中有更广阔的应用。 结语

随着3D打印技术在各个行业中的广泛应用，人们日常生活用品中也越来越多地出现了利用3D技术制作的产品，3D打印改变了人们日常生活模式。现代化高科技发展已走近了人们的日常生活中，这是今后现代化技术发展的一个趋势。而在模具制造工艺中，3D打印技术有强大的优势，改善了传统模具制作耗时、成本高、产品精密度低、工作效率低等缺点，实现了工厂效益最大化，让模具制造行业走上了更高一层台阶。 参考文献

[1] 吕孟春，周美容.3D打印技术在模具制造中的应用[J].山东工业技术，2017，（21）：127.

[2] 吴仁君.浅议3D打印成型技术对模具制造技术的冲击[J].科技创新与应用，2016，（24）：138.

[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）：14-17.

[4] 桂艳.3D打印技术对模具行业的影响[J].河北农机，2015，（10）：41-42. [5] 厉成龙，冯桢.3D打印技术在现代模具制造中的应用[J].装备制造技术，2015，（05）：275-276.