探讨模具制造中3D打印技术的关键技术

探讨模具制造中3D打印技术的关键技术

赵兴

中航沈飞民用飞机有限责任公司，辽宁 沈阳 110000

摘要：随着我国科学技术飞速的发展，3D打印的技术水平也是得到了极大的提升，进而迅速的被应用到我们日常生活以及生产中的各个领域中，3D打印技术有着其他加工方法所没有的独特优势。基于此，本文主要针对3D打印技术在模具制造中的应用进行了详细的分析。

关键词：3D打印技术；模具制造；应用

前言

在快速成型技术中，3D打印技术是十分重要的一部分，并且在我国当前的经济发展中也是有着非常重要的地位。3D打印技术能过应用在社会中的各个领域中，例如家庭、实验室以及企业等。其不仅仅能够很好的促进我国社会经济的发展，并且还能够在很大程度上提升我国的制造水平。现如今，运用3D打印技术来进行磨具的加工生产，并不需要再去考虑其他形状以及结构等情况，十分的简单快捷。

1 3D打印技术及传统模具制作原理

1.1 3D打印技术原理

三维粉末粘接成型、熔融快速成型与光固化成型为3D打印技术中较为普遍的类型。3D打印技术的原理在一定程度上可以类比于喷墨打印机，而区别主要是在使用材料与成型产品上。墨水是喷墨打印机使用得最为主要的材料，形成的产品也是二维平面类型的。而3D打印机则主要使用一些金属粉末，树脂及塑料等可粘合材料，最后的成型产品也是三维立体物体。其中三维粉末粘接成型技术主要是将一些金属粉末通过喷嘴粘接成为目标产品的截面图形，通过层层叠加，最后累积形成目标物体。而光固化成型则是通过逐层扫描的方式来进行目标产品的固化，采用的材料也大多为热敏性材料。这一技术也是当前并用于机械器件打印的最为常见的3D打印技术。

1.2 传统模具制作

传统模具的制造主要有以下几大阶段。第一，了解顾客对模具制造的需求，根据顾客需求进行图纸的设计，并在顾客的反馈意见上进行设计方案的优化。第二，根据图纸通过计算机进行3D设计，得出准确的数据参数，并确定使用的材料与方式。第三，将设计好的三维立体模具设计图纸将给相关模具生产企业进行加工，实现批量生产。在传统模具制造过程中，所需要耗费的人力、物力较大，也需要经历较长的时间设计，因此就会导致生产周期远远大于3D打印技术。

2 3D打印技术与模具制造技术在实际生产过程中的差异

无论是3D打印技术还是模具制造技术，其本质主要是利润相关工艺技术对原材料进行加工使其形成实体产品，但是根据这两种技术在实际生产过程中的应用情况来看，在很多方面存在一定的差异性。

2.1 3D打印技术

3D打印技术在实际生产过程中的应用流程为:分析接单-软件设计-转换打印。在这一过程中主要将零件图作为基础依据，接着使用计算机软件进行造型设计，然后在利用扫描设备对其进行断层扫描，将整体造型切成叠片，嗯争取一片一片打印出来，最后利用激光束等方式对叠片进行分层叠加定型，形成一个完整的实体产品。

具体来说，将3D打印技术应用于实际生产中，不仅可以减少人工劳务成本，缩减不必要的复杂工艺，节省加工材料，而且生产周期较短，还能在规定的时间内保质保量地完成生产任务，正因为如此，3D打印技术在制造业中的应用极为广泛。3D打印技术的应用原理主要是:依据生产设计方案确定加工材料，首先在特定加工区域撒上一层粉末状材料，然后使用热熔喷嘴将粘结剂喷在需要定型的区域，接着依次叠加喷洒粉末状材料，反复实施以上操作，将层层叠片进行整合定型后便能获得实体产品。总之，与传统制造工艺相比，3D打印技术更具有优势。

2.2 传统模具制造技术

关于传统模具制造的过程主要是:在接到客户下定的单子，通过分析和评审

订单项目，顺利通过评审后便可以依据订单要求编制生产计划书，再然后安排专业技术人员熟练运用3D软件进行模型设计、确定进料点等，接着将设计方案交给客户审核，若客户确认无误后便可以确定零件图以及正式实施生产活动。通过观察和分析加工流程，不难发现，传统模具制造技术存在着各种问题，如生产周期过长、人工成本较高等，这样就无法确保制造企业的综合效益。

3 3D打印技术在进行模具制造时的不足

3.1 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。

3.2 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。

4 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。

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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。

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：

[1] 3D打印技术对模具制造技术的影响分析[J].邓平尧.无线互联科技.2018（18）