陈剑伟

大连众益工业技术有限公司

3D打印技术在模具行业中的应用研究

陈剑伟

大连众益工业技术有限公司

3D打印技术属于新型的高新技术，有着独特的运作模式。虽然3D打印打印技术在各个领域都有着广泛的应用前景，但是由于可制造材料有限，制作成本偏高，致使3D打印技术的推广受到了一定的限制。但我们也深信，3D打印技术的应用必然能够取代传统的生产线，有效提升各个产业的生产效率。基于此，本文将着重分析探讨3D打印技术在模具行业中的应用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

3D打印技术；模具行业；应用

1、3D打印技术概念和分类

3D打印技术，又被人们称之为添加制造技术，或者是增材制造和增量制造技术。美国材料与试验协会针对3D打印技术进行了明确的界定，3D打印技术与当前的传统加工方式具有极大的差别。这一技术是利用三维CAD成型技术对材料进行逐层的加工工艺，是一种使用直接制造和三维模型技术相结合的三维物理实体模型的加工方法。3D打印是集CAD建模、测量、软件、数控、激光和材料等多学科于一体的技术，具有3D打印数字、分层、堆积、直接和快速等多方面的制造优点。

2、3D打印技术在模具行业中的应用优势

2.1 个性化

市场上的产品大都千篇一律，而越来越多的人追求个性化的产品，这种消费趋势的变化必然也会对制造业产生影响。从手机、笔记本电脑到汽车，个性化和创新化的需求和趋势逐渐明显，但这是传统加工制造业难以解决的技术瓶颈，这为3D打印技术的发展提供了契机，也是未来3D打印技术发展的重要方向之一，必将引起一场技术的革命。

2.2 创新化

传统的加工制造业对产品的创新和创意有一定程度的限制，例如我们现在所使用的各种产品，都是在可以制造出来的设计和制造理念下生产的，也就是说，从这个产品的设计到生产，我们都必须要考虑其加工制造性。3D打印技术不但可以使一切创意成为可能，也会大大地缩短产品的开发时间，降低生产成本，同时可以将电脑设计出来的创意产品直接在3D打印机上快速打印出来，实现产品的并行设计制造。

3、3D打印技术在模具行业中的应用实例

3D打印技术在一副模具异形型芯中的实际应用。图1中的塑件用以进行模型设计。该塑件的腔体深度65毫米，长短边分别是30和15毫米，细长空心塑件。图1中(a)(b)分别是塑件正侧面及顶底部结构。

采用UG软件对图1中的塑料构件的成型设计，型芯设计结构如图2。因为塑件呈细长型，所以其型芯也需设计为细长型。冷却问题是模具制造中的难题，尤其是细长型芯的冷却。基于传统生产方法，在型芯上设置水道的难度较大，所以必须采取底部冷却的方法(如图2)，而由于型芯过于细长，其冷却效果不佳，可能引起塑件变形弯曲，降低生产效率和产品质量。

打印型芯结构。因为细长型芯采用底部冷却方式，所以其冷却效果不佳。因此，应结合3D打印技术优化该结构和冷却水道。为了加强细长型芯的冷却效果，在型芯结构上设计了冷却水道(如图3)，但传统生产方法不能或无法加工水道。利用3D技术的话，可以将异形水道型芯加工成实际产品。如在图3中，(a)是用传统方法生产加工出来的产品；(b)是3D打印技术加工出来的结构，加工出来的细长型芯具有整体性，细长型芯的冷却问题得到有效解决，提高了型芯的冷却效果。最后对模具进行总装设计。

传统制造方法无法完成细长型芯冷却水道的加工，而3D技术却很好解决了这个问题，提高了产品的生产质量和效率。同时，有效提升了模具制造的能力，如在模具冷却水道设计制造，模具的注塑周期大大缩短，还实现加工材料的零浪费的效果。3D打印技术转换了设计的思维，可以根据元件的受力部位和承重情况进行思考，也可以将现有的技术形态升级，因为其生产制造的流程简单且期短，通过集成数控加工等制造技术可以提高复合制造能力。

图1 塑料结构

图2 型芯结构

图3 打印的型芯结构图

4、3D打印技术在模具行业中的应用前景

产品的更新换代非常快，产品生产出来，如果没有销路，那就会得不偿失。在企业开发新产品时，可用3D打印技术制造样品，用传统技术进行批量加工。这样可去除传统模具制造时先做模具、再通过模具制造样品，经多次修改制造出满意的样品的步骤。3D打印技术在模具制造中的优势在于大大缩短生产时间，节约成本。

总而言之，在最近的5年，3D打印产业快速走入人们的视线，引起了人们的广泛关注，逐渐在实验室、企业、家庭等领域蔓延开来。模具是工业发展的基础，在国民经济中占有十分重要的地位，是衡量一个国家制造水平的重要手段之一。利用3D打印机来加工和生产模具，几乎可以完全不用考虑其结构和形状的复杂程度，尤其是在加工曲面时，具有其他成型加工方法难以比拟的优势。这也就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

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