3D打印技术在模具制造中的应用

吕孟春+周美容

摘 要：随着现代高科技的发展，传统的模具制造业发展至今也加入了高科技技术。3D打印技术逐渐被广泛地应用在模具制造中，这种技术很大程度上改善了传统模具制造业在工作流程上，操作复杂、人工成本高、耗时等不足之处。本文详细地介绍了3D打印技术发展现状、在实业中的具体应用，以及相对于传统技术的行业优势进行了比较，为模具制造业提供更好的发展前景。

关键词：3D打印技术；模具制造；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.112

0 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，没有被广泛应用。随着时间的推移，发展至今，3D打印技术已经应用到各个领域。比如在医疗保健、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，模具制造业的发展速度是相对比较慢的。而当下模具制造中应用的3D打印技术让模具制造业发展到一个新的高度，实现了该行业的转型。

1 3D打印的普及现状

随着3D打印技术近两年来的快速发展，很多行业都将自己的传统制作工艺和3D技术相结合，制作出更有设计感、更复杂的产品。在很多领域里3D打印技术被应用，例如人们日常穿的衣服、鞋子、佩戴的首饰珠宝；日常生活中所使用的家具等等都可以用3D打印机制作。总之3D打印技术目前已普遍存在于人们的日常生活中，它不再是虚拟的数字化，也不是单一的中小型工艺产品制作技术，它慢慢走近人们的生活，改变着人们日常生活习惯，给人们带来无限方便与快捷。相信随着以后的快速发展，3D打印技术会彻底改变我们的生活，为现代化工业提供一个更好的未来。

2 3D打印的特点

（1）3D打印周期短。3D打印技术制作过程速度快，只需要在3D制作软件上建好需要打印的产品模型，再将黏性材料通过打印机分层打印出来，这样通过层层累积的方式快速地将产品制作出来。3D打印机的速度已经达到了600mm/s，可以在5分钟时间类完成一个60mm的三维模型，这对于普通制作工艺来讲，需要至少十个小时左右，极大了节约了时间成本，更适合于工厂车间批量生产[1]。

（2）3D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。

（3）3D打印效率高。传统的固化材料制作工艺（SLA）制作模具原理是一定波长的激光作用光固化材料上，一定强度的激光让其凝固，完成二维制作之后再层层叠加，从而制作出三维模型。这种制作工艺造价高、操作复杂、运算量大，后期设备维护的费用相对也较高，最主要的是工作效率低。而3D打印技术操作简单，成品速度快，工作效率高，是普通传统工艺制作水平的百倍，这对于整个模具制造业是一个很大的改革。

3 3D打印技术原理

3D打印技术工作眼里是通过三维软件CAD进行建模，将这些信息传递到相连接的3D打印机上，打印机将黏性材料在二维层面上打印出来，每层在打印时都是用一层的胶水再加一层的粉末状材料打印完成，然后进行第二层打印，这样通过层层积累来完成三维模型的制作。目前建模软件系统还需要更加完善系统化，对于打印所需材料也是研究的热点，相信今后会有更加意想不到的原料通过3D打印机打印出来。

4 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[2]。

此外还有家庭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；还有一些特殊领域应用里，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，比如服务行业，减少人工成本，实现高科技化操作[3]。

5 3D打印技术行业优势

3D打印技术在各行各业中的越来越被广泛的应用，相对于传统制作工艺，3D打印技术在模具制作上具有不可替代的优势。以往的模具制作工程中有很大一部分是依据师傅的经验来掌握，操作误差根据人员的不同而不同，没有统一的标准。对于一些复杂的模具而言，精度要求高，人工制作完成的可能性不大。发展到后期，應用机械制造，此操作过程复杂，且前期制作模具时需要反复的实验，需要大量的时间和人工。3D打印技术的应用成功地解决了这些问题，提高了模具制作效率，提高了产品的精确度，增加了生产效益，加快了经济效益。

6 结束语

随着3D打印技术在各个行业中的广泛应用，人们日常生活用品中也越来越多地出现了利用3D技术制作的产品，3D打印改变了人们日常生活模式。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]伍倪燕，廖璘志，傅贵兴，王渝平.3D打印技术对模具制造技术的影响分析[J].模具制造，2014（10）：86-88.

[2]郭日阳.3D打印技术及产业前景[J].自动化仪表，2015（03）：5-8.

[3]李小丽，马剑雄，李萍.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014，35（01）：1-5.

作者简介：吕孟春（1969-），男，本科，研究方向：机械设计与制造。endprint