3D打印技术对模具行业的影响

广州番禺职业技术学院 桂艳

前言

3D打印技术虽起源于20世纪80年代的美国，直到2012年美国“制造创新国家网络”计划中将“增材制造”作为第一个中心的研究方向，才使得3D打印技术风靡全球，甚至被称为“第三次工业革命”，广受全世界关注。

事实上，3D打印技术属于一种非传统加工工艺，它是通过软件建模、激光扫描和材料熔化等技术使特定材料熔化，通过电脑控制把“打印材料”层层叠加起来，使电子模型图变成实物的一种工艺。这一制造技术并不需要模具，直接按照样品原型制造，可制造出许多以前难以完成的产品。作为2014年影响模具行业六大热词之一的3D打印，对模具行业同样有着至关重要的影响。

1 3D打印技术的优势

3D打印技术突破了传统零件的“毛胚—切削—加工品”的加工模式，在制造过程中不需要使用刀具和夹具。例如，生产单个零件或者小批量任务，使用3D打印技术可以快速简单地制作熔模铸造模具，不需要昂贵的注塑模具和注蜡机，节省了生产成本；特别是一些复杂的结构件，3D打印技术可以整体制作复杂熔模，同时保证较高的精度。目前，汽车企业通过该技术制作发动机缸体、缸盖、变速器齿轮等用品；波音公司已经运用该技术制造了上万个零件，如飞机引擎零件和发动机配件等。

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。

2 3D打印技术目前存在的问题

随着3D打印技术被广泛关注，其技术越来越成熟，使用范围越来越广泛，但要实现3D打印的大范围实际应用，完全代替传统制造加工技术还存在很多问题。

（1）零件尺寸受限。目前，重庆大学的“3D打印关键技术与装备研制”项目计划制造出台面为2m×2m的3D打印机，这样基本上能打印制造出大多数工业零部件，但这些打印设备仍不能完全满足工业上大型零件的制造要求。

（2）材料种类较少，耗材有限。以色列的Object是3D打印材料的领军公司，该公司掌握了世界上种类最多的打印材料，14种基本材料及混搭的107种材料，但这些跟世界上实际存在的材料种类相比差距甚大。而机械零件常用到的金属材料，如工具钢、不锈钢、镍基合金等，实际应用尚未完全突破。

（3）产品生产率低，制造成本高。采用3D打印技术制造机械零件，生产单件和数以万件的成本是没有区别的，不像传统制造技术大批量生产零件后，分摊到每个零件的成本很低。3D打印前期需要大量投资，但利润很低，无法规模化。

总之，3D打印技术无法完全取代传统的机械加工，特别是大批量生产零件的模具技术。

3 3D打印技术对模具行业的综合影响

大多数的日常用品和机械零件主要依赖于模具制造技术，但模具制造也有其自身的局限，生产成本高，适用于大规模批量生产。更为重要的是，模具开发的技术难度大，外观越复杂的产品，研发费用越高，做模周期越长，加工成本也越高。3D打印技术对于模具行业来说，既是对模具这种传统行业的挑战，也给其带来了新的改革方向和发展机遇。

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 总结

由于受制于材料、成本、打印速度、制造精度等多方面因素，3D打印技术并不能完全取代传统的能够实现大批量生产的模具制造技术，未来相当长的一段时间内，两种技术将融合共进，共同促进模具行业的积极发展。

[1]卢秉恒,李涤尘.增材制造3D打印技术发展[J].机械制造与自动化,2013,42(4):1-4.

[2]王丽娜.未来制造业的新方向[J].科技导报社,2014,32(4/5):116.

[3]王文涛,刘燕华.3D打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响[J].科技管理研究,2014,06:22-25.

[4]左世全.我国3D打印发展战略与对策研究[J].世界制造技术与装备市场,2014,(5):44-50.

[5]李坚,许民,包文慧.影响未来的颠覆性技术:多元材料混合智造的3D打印[J].东北林业大学学报,2015,43(6):1-9.

[6]郭日阳.3D打印技术及产业前景[J].自动化仪表,2015,36(3):5-8.