3D列印技術在模具製造業中應用

核心提示：CNC加工是製造模具的一種最常用的技術。雖然它能夠提供高度可靠的結果，但同時也很昂貴和費時，所以，很多模具製造企業也開始尋找更加有效的替代方式。而通過增材製造（Additive Manufacturing，即3D列印或快速成型技術）製作模具也就成了一個更加具有吸引力的方法，特別是因為模具一般都屬於小批量生產，而且形狀都比較複雜，很適合3D列印來完成.

如今，3D列印和各種列印材料（塑料、橡膠、複合材料、金屬、蠟和砂等）已經給許多行業，如汽車、航空航天，以及醫療保健等帶來了很大的便利，很多企業都在其供應鏈里集成了3D列印，這其中也包括模具製造。

那麼，模具製造能夠從3D列印技術上得到什麼好處呢？

模具製造的以下幾個環節是能夠用到3D列印技術的：
（1）成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、紙漿模具、可溶性模芯、玻璃鋼模具等等）；
（2）鑄模（熔模、砂模、旋壓等）；
（3）金屬成型（熱成型、金屬液壓成型等）；
（4）機械加工、裝配和檢驗（固定夾具、移動夾具、模塊化夾具等）；
（5）機器人末端執行器（夾手）。

用3D列印製造模具有許多優點：
一．模具生產周期縮短
3D列印模具縮短了整個產品開發周期，並成為驅動創新的源頭。在以往，由於考慮到還需要投入大量資金製造新的模具，公司有時會選擇推遲或放棄新產品的設計更新。通過降低模具的生產準備時間，以及使現有的設計工具能夠快速更新，3D列印使企業能夠承受得起模具更加頻繁的更換和改善。它能夠使模具設計周期跟得上新產品設計周期的步伐。

此外，有的公司自己採購了3D列印設備以製造模具，這樣就進一步加快了新產品開發的速度，提高了靈活性和適應性。在戰略上，它提升了供應鏈御防延長期限和開發停滯風險的能力，比如從供應商那裡獲得不合適的模具。

二．製造成本降低
如果說當下金屬3D列印的成本要高於傳統的金屬製造工藝的成本，那麼，成本的削減在塑料製品領域更容易實現。
金屬3D列印的模具在一些小的、不連續的系列終端產品生產上具有經濟優勢（因為這些產品的固定費用很難攤銷），或者針對某些特定的幾何形狀（專門為3D列印優化的）更有經濟優勢。尤其是當使用的材料非常昂貴，而傳統的模具製造導致材料報廢率很高的情況下，3D列印具有成本優勢。

此外，3D列印在幾個小時內製造出精確模具的能力也會對製造流程和利潤產生積極的影響，尤其是當生產停機和/或模具庫存十分昂貴的時候。

最後，有時經常會出現生產開始後還要修改模具的情況。3D列印的靈活性使工程師能夠同時嘗試無數次的迭代，並可以減少因模具設計修改引起的前期成本。

三．模具設計的改進為終端產品增加了更多的功能性
通常，3D列印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結構，並能產生完全緻密的列印部件，與那些鍛造或鑄造的材料（取決於熱處理和測試方向）相比，其機械和物理性能一樣或更好。增材製造為工程師帶來了無限的選擇，以改進模具的設計。當目標部件由幾個子部件組成時，3D列印具有整合設計，並減少零部件數量的能力。這樣就簡化了產品組裝過程，並減少了公差。

此外，它能夠整合複雜的產品功能，使高功能性的終端產品製造速度更快、產品的缺陷更少。例如，注塑件的總體質量要受到注入材料和流經模具的冷卻流體之間熱傳遞狀況的影響。如果用傳統技術來製造模具的話，引導冷卻介質的通道通常是直的，從而在模具中產生較慢的和不均勻的冷卻效果。而3D列印可以實現任意形狀的冷卻水道（即隨形冷卻水道），以確保實現隨形冷卻，更加優化且均勻，最終得到更高質量的塑件和較低的廢品率。此外，更快地將模具熱量帶走，能顯著減少注塑成型的周期，因為一般來說，冷卻時間最高可占整個注塑成型周期的70％。

四．優化工具更符合人體工學和提升最低性能
3D列印降低了驗證新工具（它能夠解決在製造過程中未能滿足的需求）的門檻，從而能夠在製造中投入更多移動夾具和固定夾具。傳統上，由於重新設計和製造它們需要相當的費用和精力，所以工具的設計和相應的裝置總是儘可能地使用更長的時間。隨著3D列印技術的應用，企業可以隨時對任何工具進行翻新，而不僅限於那些已經報廢和不符合要求的工具。

由於需要很少的時間和初始成本，3D列印使得對工具進行優化以獲得更好的邊際性能變得更加經濟，於是技術人員可以在設計的時候更多地考慮人體工學，以提高其操作舒適性、減少處理時間，以及更加方便易用易於儲存。雖然這樣做有可能只是減少了幾秒鐘的裝配操作時間，但是架不住積少成多。此外，優化工具設計，也可以減少零件的廢品率。

（來源：新元模具鋼）