陈黎明+胡智清+刘少华

摘要：目前，产品的制造主要依赖于模具的制造技术，在现代化工业生产中，60%～90%的工业产品需模具加工。模具制造提高了生产速率，为产品的快速更新创造了条件。但模具制造也有一定的局限性。模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，都会影响新产品的开发和旧产品的更新换代。考虑到市场风险的影响，模具的加工必须保证一定量的生产，才能降低产品的成本。3D打印技术是增材制造（additivemanufacturing，AM）技术的俗称，与传统的制造方法相互补充。3D打印技术的出现，使传统的模具制造技术有了重大的改革和突破。

关键词：3D打印技术；模具制造；应用

中图分类号：TP33文献标识码：A

引言

随着装备制造业的不断发展，新技术的应用越来越广泛，通过对本地区企业的调查发现，当前制造企业由于技术、成本等各方面的要求，对于模具的生产制造已经逐步向低成本高效率迈进。模具技术人才是掌握模具材料成型工艺与模具设计、CAD/CAE/CAM技术、先进制造技术等多门类技术的复合型人才。现阶段模具设计与制造专门人才采取的都是基于CAD/CAM/CAE技术，通过数字化制图，模具的数字化设计，模具的数字化分析仿真，产品成形过程模拟，然后通过机床的数控加工，完成模具的生产。

1 3D打印及其原理

3D打印是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料，通过逐层堆叠累加原理制造实体零件的技术。它将材料一次性熔聚成型，自下而上材料累加的制造工艺，改变了传统去处材料和利用模具加工的模式，从而带来了制造工艺和生产模式的变革。该技术融合了数字技术、新材料技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动等技术，发展成多学科交叉的一种先进制造技术，3D打印包括数据处理和制作两个过程。数据处理过程利用三维计算机辅助设计数据，将三维图形分切成薄层，完成将三维数据分解为二维数据的过程，从而指导打印机逐层打印；制作过程中，打印机通过读取文件中的横截面信息，将这些薄层逐层地打印出来，再采用不同方法将薄层按序叠加，实现二维薄层到三维实体的制造过程。这种三维设计—二维打印—三维实体的制造思想，改变了传统的制造模式。

2 3D打印技术特点

3D打印技术的应用会随着时间的推移而发挥更大的作用，成为促进制造产业升级的方法之一。该技术主要有三个特点，生产周期短，复杂模型成型快，制造精度高。3D打印技术可以缩短生产周期，简化生产步骤，省略了传统制造业中的一些加工程序，从设计到成品的全过程都可以在计算机中完成，大大提高生产效率。同时，3D打印机生产产品可以不考虑目标产品的复杂程度，直接对复杂模型进行制作。该技术在制作产品曲面中有不可替代的优势。此外，制造精度较高的产品中，3D技术制造后的结构可以达到更高的精度，包括尺寸、形状和位置精度等，这也是模具加工行业没有的亮点。

3 3D打印技术在模具行业中的应用

3.1 职业模具开设3d打印技术课程的实施

3.1.1课程的制定

当前模具专业在职业是属于机械类大专业，作为机械专业的衍生专业，其开设的课程包含机电专业的相关课程。主要内容包括：机械制图、机械设计与基础、冷冲模设计与制造、注塑模设计与制造、数控技术与编程、模具加工机械、电工与电子技术、液压与气动传动、金属切削原理、机械CAD/CAE/CAM等。在此基础上增设专业核心课程：3D打印技术概论、快速成型技术与应用、3D测量与逆向工程技术、3D打印综合技能实训等。

3.1.2培养目标的修改

当前《江苏省中等职业学校模具专业课标准》中规定模具专业培养的目标：具有本专业必需的自然科学、社会科学和管理科学知识；掌握计算机基础知识、必要的网络知识、常用软件知识；具有基本的机械基础知识；具有本专业必需的机械设计理论基础知识、模具材料及成形工艺、模具设计与制造专业知识；掌握模具CAD/CAE/CAM基础知识；具有必要的模具维修基础知识。

3.2 快速模具技术

1）直接制造软质模具

1.选区激光烧结砂模

砂模可直接由选区激光烧结技术加工完成。激光的能量使高分子粘结剂熔化，粘结沙砾。这种方法获得的砂模，其铸造的金属件的精度与表面粗糙度与由传统的方法制造的砂模铸造件性能相似。

1.光固化复合材料制模

这种方法是把铝粉与环氧树脂混合为原料，然后光固化形成模具。相对于DirectAIM制模法，这种方法的优点是提高了模具强度。为了进一步提高热传导能力，可往混合材料中加入金属铝粒，这样大大缩短了制模时间。这种制模方法的优点就是提高了模具的热传导能力，减少了制模时间。

2）间接制造软质模具

1.硅橡胶浇铸法

硅橡膠浇铸的模具具有良好的柔性和弹性，能制作出结构复杂的零件，通常用于功能性塑料、金属和陶瓷零部件的制造。硅橡胶模具有以下优势：①硅橡胶型腔能分辨出母模的微小细节，模具精度高；②可减少回程问题（也就是冲模锁死或零件不能从模具里面取出来）。

2.金属喷涂法

该方法以3D打印原型作为母模，将低熔点金属或合金喷涂到母模表面上形成金属薄壳，然后背衬填充复合材料来制模具的方法。此方法能快速地生产铸模，铸模可用来加工一些标准零件。金属喷涂的过程是用便携式喷枪完成的。电弧在两根金属丝之间，把金属丝熔化成小液滴。压缩空气把小液滴吹到模型表面，形成大约0.5mm的金属层。

3.树脂浇铸法

树脂浇铸法和硅橡胶浇铸法相似，首先将母模放置在砂箱里，用塑料土标出母模的分割标识线；然后将树脂倒入母模，浸润母模到标识线。树脂中可混入铝粉或金属小颗粒，其目的是提高模具的力学和热学性能。硅橡胶模具适用于小批量生产，如果制品数量较大时，则可用注塑模、吸塑模及聚氨酯发泡成形模等。

4 结束语

综上所述，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。

参考文献：

[1]陈兴龙，陶士庆，李志奎，孙静，董湘茹.3D打印技术在模具行业中的应用研究[J].机械工程师，2016，01：174-176.

[2]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.