浅谈3D打印技术在模具制造中的应用

浅谈3D打印技术在模具制造中的应用

张江伟

中山市中等专业学校

摘要：本文主要对我国模具制造技术的现状，以及3D打印技术在模具制造中的优势进行了深刻的分析和探讨，从而为促进我国相关行业的发展提供帮助。

关键词：3D打印技术；模具制造；应用分析

引言：

3D技术于16年在我国发展起来，是一种先进的现代高科技技术手段。最开始时只是打印一些小型的产品模型、零件，还有小孩的玩具，因技术方面的不成熟和材料的限制，在各应用领域都有所受限。随着技术的进步，新型材料的不断研制成功，3D打印技术已经应用到各个领域。例如在医疗保健、服装配饰、汽车制造等各行各业中，3D打印技术在模具制造中应用也十分广泛。从以前的模具手工制造，到现在的机械流水制造，模具制造业的发展依靠先进制造技术的进步，而当下模具制造中应用的3D打印技术让模具制造业达到了一个新的高度，实现了该行业的转型。

一、我国模具制造技术的现状

我国3D打印技术发展前，通过传统的制造方式进行模具的制作。但是在实际发展中，模具制造行业的总体技术水平不高，并且与国外发达国家相比，仍然有较大差距，对于我国模具制造技术的发展，有着一定的阻碍。由于材料和制造工艺等因素的限制，制造的模具使用寿命相对低下。在上世纪七八十年代，由于改革开放的影响，研制出了大量的模具钢。但是由于技术的限制，真正能够使用的模具在数量和寿命方面及其低下。

随着社会的发展，我国相关的技术有了一定的进步，但相对于国外技术来说，依旧存在着诸多问题，影响模具制造技术的发展。我国模具制造技术在发展中，还受到了生产周期过长和新材料推广宣传力度不够的影响。模具钢基本上是从20世纪50年代初沿用下来的老式钢材，到了现在已经有了60多年的历史发展。但是新材料推广宣传力度不够，只能使用常见的几种钢进行制造，无法提升技术水平。

二、3D打印技术实际应用

3D打印技术在服装行业的应用。目前在知名的各大走秀品牌中，他们利用3D设计软件将产品的三维模型设计出来，再通过3D打印机打印出具有高科技感的衣服鞋子，直接可以进行销售。这类服装具有环保性，材质轻便，可以回收利用，深受人们的喜爱。

3D打印技术还在航空航天领域广泛应用，航空航天设备与其他相比要求比较复杂，因材料特殊，制作精密度要求高，利用传统制作工艺时需要花大量的时间和金钱来进行反复的试验，造成极大的浪费，而3D制作技术很好地解决了这些不足之处。通过3D建模，将需要打印的零件模型制作出来，这个过程需要非常精准，直接决定最后成品是否达标。

还有家庭3D打印机现在已经有成品在网络有销售，操作非常简单，成本低，可以打印一些小的三维模型，作为观赏；还有3D打印笔，跟普通笔外观相似，可在三维面上进行绘画，完成的是三维模型，可以用来多方位立体表达出模型构图，这多用于教学研究中；3D打印技术还可以制作成机器人，这些机器人可以通过特殊的远程操作程序来控制来完成一些行业的要求。

三、3D打印技术在进行模具制造时的不足

1.模具的力学性能难以得到保证

力学性能作为零件的一个关键参数，其为零件的设计、选材、使用寿命以及失效分析等都提供了重要依据。据统计，因为材料的失效而带来的经济损失大概在发达国家的年度生产总值中占4%，而航空工业方面的材料失效在整个材料失效比重占据了5%，由此我们可以得知零件的力学性能的重要程度。为了保证零件能够具有规定的力学性能，传统数控切削这一加工过程会在生产时花大量时间去对零件做热处理和时效等有关处理。但是3D打印这项技术却不具备这一过程，因此利用其得到的零件其力学的性能方面很难得到保证。

2.模具的尺寸受到限制

目前最大的3D打印机是由大连理工大学的姚山教授及其所在团队于2013年成功设计和研制出来的，其工作面的尺寸为1.8m×1.8m，但遗憾的是这依旧没有办法满足在工业上对制造大型模具方面的要求。3D打印这项技术相比于传统模具制造的技术还存在优点以及不足，因此其目前还没有办法完全取代传统的模具制造的技术。但是随着我国有关技术方面的水平在显著提升，我国的3D打印这项技术也会跟随着时代的脚步而不断进步，进而促进模具制造这一行业能够高速、可持续地发展。

四、3D打印技术在进行模具制造时的优点

随着科学技术水平的显著提升，模具制造行业在发展的过程中，逐步将3D打印技术运用到了模具制造之中。并且直接运用到了成型、铸模、机械加工、装配和检验、机器人末端执行器等环节之中，拥有着极大的优势。

1.降低制造成本

虽然利用3D打印技术进行金属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，在资金投入方面却相对比较低廉。部分材料其本身拥有着极高的成本，使用这种材料进行传统的方式模具材料的制造的话，要是出现了哪怕小小的一点失误，都会导致材料的报废。因此，利用价格比较昂贵的材料进行模具制造，会产生比较高的报废率，得不偿失。但是如果使用3D打印技术进行模具制造的话，3D打印的灵活性就能够帮助工程师同时尝试无数次的迭代，并可以在一定程度上减少因模具设计修改引起的前期成本，对于模具的生产有着极大的帮助，有利于促进制造成本的进一步降低。

2.缩短生产周期

3D打印这项技术能够利用计算机去进行三维的设计并将其转化变成实物的模型，这样一个过程具有自动、效率高、快速、精确以及直接等优点，进而可以使得模具的生产周期大大地缩短。利用3D打印这种技术去制造模具，可以在短时内就完成制造模具的相关过程，这可以被认为是使模具实现从平面图转化为实体的一个飞跃。使用传统的方式制造模具需要在前期进行大量资金的投入才能使得模具后期制作的质量能够保证，因此在进行实际的模具制造过程中，需要对设计的方案进行严格讨论，一旦发现质量方面的问题，就需要为了使损失减少而推迟或者是放弃对产品的设计以及更新。但如果是采用3D打印这项技术去制造模具，就可以很好地促进企业更新换代的进程，推动企业的发展。

3.打印精度高

3D打印技术是利用计算机三维制作软件来完成初步建模操作的，这一过程需要精确细心。将每一个产品模型的尺寸大小都记录在计算机里，对于复杂一些的模型来讲，通过计算机的运算要比传统手工制作的精确度高很多，制作出来的产品的精度当然也高。尤其是对于曲面模具的制作，要求精度更高，而3D打印技术制作能够精准地完成。

4.为产品的发展提供更多的可能性

随着对3D打印这项技术的进一步使用，可以利用其将计算机中任一形状的三维图形转化实物的产品，在这样一个过程中可以减少对于机床、刀具以及夹具等机械零件的使用。且由于我国相关的技术水平的不断提高，以及材料种类的增加，我国3D打印的技术开始朝着多元化这一进程发展，促进了我国在3D打印这项技术方面水平的持续提升，也推动了我国未来的更好发展。

结束语：

现代化高科技发展已走近了人们的日常生活中，这是今后现代化技术发展的一个趋势。而在模具制造工艺中，3D打印技术有强大的优势，改善了传统模具制作耗时、成本高、产品精密度低、工作效率低等缺点，实现了工厂效益最大化，让模具制造行业走上了更高一层台阶。

参考文献：

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[2]关于现代模具制造的研究[J].李发致，卫原平，曾令寿.金属成形工艺.1998（02）

[3]3D打印在容器模具制造领域的应用[J].秦培凡，苏贺，李慧芸.科技创新与应用.2015（08）