模具制造中3D打印技術(shù)的運(yùn)用

楊莉

摘要：作為工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%以上的零部件都是通過模具成型的技術(shù)進(jìn)行制造的，對于產(chǎn)品質(zhì)量的發(fā)展，有著極大的影響。也就是說，如果相關(guān)的生產(chǎn)模具質(zhì)量較差，那么所生產(chǎn)的零件質(zhì)量就相對較低，對于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，有著極大的阻礙?；诖?，本文以3D打印技術(shù)為切入點(diǎn)，對模具制造中3D打印技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；模具制造；應(yīng)用

3D打印技術(shù)興起于20世紀(jì)末，也被稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的分支。在近幾年，3D打印走進(jìn)了普通大眾的視線，引起了人們的廣泛關(guān)注，并在多個(gè)領(lǐng)域蔓延。而模具制造是工業(yè)的基礎(chǔ)，模具行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中有重要地位，模具行業(yè)的發(fā)展水平可以影射出國家的制造水平。3D打印技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用程度不斷加深和拓展，在我國也有強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。

13D打印技術(shù)工作原理及優(yōu)勢

3D打印技術(shù)，即“增材制造”。是一種以計(jì)算機(jī)三維模型為基礎(chǔ)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，采用逐層疊加的制造方式將材料緊密組合在一起的工藝。主要的3D打印技術(shù)有熱熔堆積成型、光固化成型、三維粉末粘接成型、選擇性激光燒結(jié)成型等。

1.13D技術(shù)的原理

根據(jù)3D打印技術(shù)目前的發(fā)展程度，常見的3D打印技術(shù)包括了光固化成型（SLA）、三維粉末黏結(jié)（3DP）、熔融沉積快速成型（FDM）等三種。以上技術(shù)種類與以往的噴墨打印機(jī)工作原理較為相似，但使用的材料不同。噴墨打印機(jī)噴出的是墨水，而3D打印機(jī)噴出的是蠟、黏結(jié)劑、樹脂等材料。

光固化成型（SLA）利用的材料是光源照射熱敏性或者激光性材料，一層一層掃描后照射固化，以此獲得目標(biāo)產(chǎn)品。SLA技術(shù)的研究最為深入，其發(fā)展也最為成熟，比較適合應(yīng)用在精度較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的元件打印中。

三維粉末黏結(jié)原理是先在工作的平面上鋪設(shè)上一層粉末性材料（塑料粉末、金屬粉末、陶瓷粉末等），黏合劑通過噴嘴噴射到工作面待成型區(qū)，等待成型區(qū)的粉末材料黏結(jié)，就會形成目標(biāo)產(chǎn)品的截面形狀，最終打印出目標(biāo)產(chǎn)品。

熔融沉積快速沉積，即熔絲沉積，是將絲狀性的熱熔材料進(jìn)行熔化處理，噴嘴將熔化后的熱熔材料噴出，沉積在事先固化好的材料上，此步驟循環(huán)進(jìn)行，經(jīng)過材料的層層堆積，最終形成目標(biāo)產(chǎn)品。熔絲沉積方法是3D打印技術(shù)中應(yīng)用最多的技術(shù)，其制造成本低，方法簡單易懂。

1.23D打印技術(shù)優(yōu)勢

隨著科學(xué)技術(shù)水平的顯著提升，模具制造行業(yè)在發(fā)展的過程中，逐步將3D打印技術(shù)運(yùn)用到了模具制造之中。并且直接運(yùn)用到了成型、鑄模、機(jī)械加工、裝配和檢驗(yàn)、機(jī)器人末端執(zhí)行器等環(huán)節(jié)之中，擁有著極大的優(yōu)勢。

1.2.1縮短模具生產(chǎn)周期方面的時(shí)間

3D打印可以將計(jì)算機(jī)中的三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，并

且擁有著極高的效率，自動、快速、直接和精確是3D打印技術(shù)最主要的特點(diǎn)，對于模具生產(chǎn)周期方面的時(shí)間能夠進(jìn)行相應(yīng)的縮短。利用這種技術(shù)進(jìn)行模具制造，可以在幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間之內(nèi)就能將相關(guān)的模具制造完成，實(shí)現(xiàn)模具從平面圖到實(shí)體的飛躍。由于傳統(tǒng)的模具制造需要投入大量的資金才能夠保證模具經(jīng)過制造后的質(zhì)量，因此模具制造中，必須嚴(yán)格討論設(shè)計(jì)方案，如果出現(xiàn)質(zhì)量問題，為了減少損失，選擇推遲或放棄產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更新。但是如果使用3D打印技術(shù)進(jìn)行模具的制造，有利于促進(jìn)企業(yè)的更新?lián)Q代，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

1.2.2降低制造成本

雖然利用3D打印技術(shù)進(jìn)行金屬方面的制造工作需要投入更高的成本，但是在塑料制品方面，在資金投入方面卻相對比較低廉。部分材料其本身擁有著極高的成本，使用這種材料進(jìn)行傳統(tǒng)的方式模具材料的制造的話，要是出現(xiàn)了哪怕小小的一點(diǎn)失誤，都會導(dǎo)致材料的報(bào)廢。因此，利用價(jià)格比較昂貴的材料進(jìn)行模具制造，會產(chǎn)生比較高的報(bào)廢率，得不償失。但是如果使用用3D打印技術(shù)進(jìn)行模具的制造的話，3D打印的靈活性就能夠幫助工程師同時(shí)嘗試無數(shù)次的迭代，并可以在一定程度上減少因模具設(shè)計(jì)修改引起的前期成本，對于模具的生產(chǎn)有著極大的幫助，有利于促進(jìn)制造成本的進(jìn)一步降低。

1.2.3為產(chǎn)品的發(fā)展提供更多的可能性

由于3D打印技術(shù)的使用，從而能夠直接把計(jì)算機(jī)的任何形狀的三維CAD圖形生成實(shí)物產(chǎn)品，因此有利于減少刀具、夾具、機(jī)床或任何模具的使用率。隨著我國技術(shù)水平的不斷提升，我國在進(jìn)行模具制造的過程中，隨著材料種類的任意增多，在功能方面也從傳統(tǒng)均質(zhì)材料到非均質(zhì)材料，有利于促進(jìn)我國的3D打印技術(shù)朝著多元化的方向發(fā)展，有利于促進(jìn)我國3D打印技術(shù)水平的不斷提升，從而更好地為我國的發(fā)展提供一定的幫助。

2我國模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀

我國3D打印技術(shù)發(fā)展前，通過傳統(tǒng)的制造方式進(jìn)行模具的制作。但是在實(shí)際發(fā)展中，模具制造行業(yè)的總體技術(shù)水平不高，并且與國外發(fā)達(dá)國家相比，仍然有較大差距，對于我國模具制造技術(shù)的發(fā)展，有著一定的阻礙。由于材料限制素，從我國模具經(jīng)過制造后用壽命低下。上世紀(jì)七八十年代，由于改革開放的影響，研制出了大量的模具鋼。但是由于技術(shù)的限制，導(dǎo)致這些模具在進(jìn)行生產(chǎn)之后，出現(xiàn)了較高的淘汰率，真正能夠使用的模具在數(shù)量和壽命方面及其低下。隨著時(shí)間的發(fā)展，我國相關(guān)的技術(shù)有了一定的進(jìn)步，但相對于國外技術(shù)來說，依舊存在著諸多問題，影響模具制造技術(shù)的發(fā)展。我國模具制造技術(shù)在發(fā)展中，還受到了生產(chǎn)周期過長和新材料推廣宣傳力度不夠的影響。模具鋼基本上是從20世紀(jì)50年代初沿用下來的老式鋼材，到了現(xiàn)在已經(jīng)有了60多年的歷史發(fā)展。但是新材料推廣宣傳力度不夠，只能使用常見的幾種鋼進(jìn)行制造，無法提升技術(shù)水平。

33D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模具制造是利用CAD軟件進(jìn)行模流分析、軟件修正，及確定進(jìn)料點(diǎn)和分型線等，所設(shè)計(jì)出來的零部件、元件進(jìn)行組裝調(diào)試，整個(gè)流程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)周期偏長，并且不能存在任何缺陷，否則會造成巨大損失。3D打印技術(shù)用逆向工程的思維來轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)模具的生產(chǎn)加工方式，因其在形狀和結(jié)構(gòu)精度較高的產(chǎn)品中的特有優(yōu)勢，可以有效解決加工過程中母模問題，減少了傳統(tǒng)模具制造中的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使得產(chǎn)品的更新?lián)Q代時(shí)間更短。模具行業(yè)中的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法也可以與該技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，3D技術(shù)在模具制作中的應(yīng)用會有更重要的作用。

通常情況下，

3D打印技術(shù)的打印程序可以分為三步。第一步，3D建模。利用3D建模軟件，如UG、Pro/E等將產(chǎn)品三維參數(shù)模型確定下來，這需要保證模型的尺寸、形狀等精度，模型的質(zhì)量可以決定后期目標(biāo)產(chǎn)品的打印質(zhì)量。第二步，模型分層。打印機(jī)里有自動分層軟件，可以將3D模型沿著工作面分層，每一層有產(chǎn)品的二維信息數(shù)據(jù)。通常情況下，分的層數(shù)越多，打印產(chǎn)品的質(zhì)量和精度越高，但其打印的速度也會相應(yīng)地放慢，進(jìn)而降低了生產(chǎn)效率。第三步，打印。打印機(jī)的讀取程序可以自動識別出分層內(nèi)的二維信息數(shù)據(jù)，將粉末材料等黏合起來，通過層層堆積，最后形成目標(biāo)產(chǎn)品。

結(jié)語：

隨著我國技術(shù)水平的顯著提升，我國3D打印技術(shù)也會隨著時(shí)代的發(fā)展而快速進(jìn)步，有利于促進(jìn)我國模具制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，3D打印技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與模具制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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