3D打印技術(shù)對模具行業(yè)的影響

廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 桂艷

前言

3D打印技術(shù)雖起源于20世紀(jì)80年代的美國，直到2012年美國“制造創(chuàng)新國家網(wǎng)絡(luò)”計劃中將“增材制造”作為第一個中心的研究方向，才使得3D打印技術(shù)風(fēng)靡全球，甚至被稱為“第三次工業(yè)革命”，廣受全世界關(guān)注。

事實上，3D打印技術(shù)屬于一種非傳統(tǒng)加工工藝，它是通過軟件建模、激光掃描和材料熔化等技術(shù)使特定材料熔化，通過電腦控制把“打印材料”層層疊加起來，使電子模型圖變成實物的一種工藝。這一制造技術(shù)并不需要模具，直接按照樣品原型制造，可制造出許多以前難以完成的產(chǎn)品。作為2014年影響模具行業(yè)六大熱詞之一的3D打印，對模具行業(yè)同樣有著至關(guān)重要的影響。

1 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)零件的“毛胚—切削—加工品”的加工模式，在制造過程中不需要使用刀具和夾具。例如，生產(chǎn)單個零件或者小批量任務(wù)，使用3D打印技術(shù)可以快速簡單地制作熔模鑄造模具，不需要昂貴的注塑模具和注蠟機，節(jié)省了生產(chǎn)成本；特別是一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，3D打印技術(shù)可以整體制作復(fù)雜熔模，同時保證較高的精度。目前，汽車企業(yè)通過該技術(shù)制作發(fā)動機缸體、缸蓋、變速器齒輪等用品；波音公司已經(jīng)運用該技術(shù)制造了上萬個零件，如飛機引擎零件和發(fā)動機配件等。

總的來說，與傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)相比，3D打印技術(shù)具有以下優(yōu)點：非接觸加工，不需要切削加工時用到的刀具和夾具；可制造出形狀復(fù)雜或帶有自由曲面的零件；噪音較小，廢料少，可循環(huán)；操作可以由電腦控制，無需人的過多干預(yù)；能快速制作出產(chǎn)品實體模型及模具，精度高、質(zhì)量好，效率高。

2 3D打印技術(shù)目前存在的問題

隨著3D打印技術(shù)被廣泛關(guān)注，其技術(shù)越來越成熟，使用范圍越來越廣泛，但要實現(xiàn)3D打印的大范圍實際應(yīng)用，完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造加工技術(shù)還存在很多問題。

（1）零件尺寸受限。目前，重慶大學(xué)的“3D打印關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制”項目計劃制造出臺面為2m×2m的3D打印機，這樣基本上能打印制造出大多數(shù)工業(yè)零部件，但這些打印設(shè)備仍不能完全滿足工業(yè)上大型零件的制造要求。

（2）材料種類較少，耗材有限。以色列的Object是3D打印材料的領(lǐng)軍公司，該公司掌握了世界上種類最多的打印材料，14種基本材料及混搭的107種材料，但這些跟世界上實際存在的材料種類相比差距甚大。而機械零件常用到的金屬材料，如工具鋼、不銹鋼、鎳基合金等，實際應(yīng)用尚未完全突破。

（3）產(chǎn)品生產(chǎn)率低，制造成本高。采用3D打印技術(shù)制造機械零件，生產(chǎn)單件和數(shù)以萬件的成本是沒有區(qū)別的，不像傳統(tǒng)制造技術(shù)大批量生產(chǎn)零件后，分?jǐn)偟矫總€零件的成本很低。3D打印前期需要大量投資，但利潤很低，無法規(guī)模化。

總之，3D打印技術(shù)無法完全取代傳統(tǒng)的機械加工，特別是大批量生產(chǎn)零件的模具技術(shù)。

3 3D打印技術(shù)對模具行業(yè)的綜合影響

大多數(shù)的日常用品和機械零件主要依賴于模具制造技術(shù)，但模具制造也有其自身的局限，生產(chǎn)成本高，適用于大規(guī)模批量生產(chǎn)。更為重要的是，模具開發(fā)的技術(shù)難度大，外觀越復(fù)雜的產(chǎn)品，研發(fā)費用越高，做模周期越長，加工成本也越高。3D打印技術(shù)對于模具行業(yè)來說，既是對模具這種傳統(tǒng)行業(yè)的挑戰(zhàn)，也給其帶來了新的改革方向和發(fā)展機遇。

首先，3D打印技術(shù)可加工任意曲面的復(fù)雜產(chǎn)品和縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。故對于生產(chǎn)成本高的新產(chǎn)品，可先通過3D打印出少量產(chǎn)品，投放市場后觀察動態(tài)，如果銷量好，再通過模具制造大批量生產(chǎn)，這樣可以避免大量的制造效益不高而給企業(yè)造成巨大損失的情況。

其次，3D打印技術(shù)可精確地制造出零件中的任意結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。在模具設(shè)計環(huán)節(jié)中，先借助3D打印出零件的實體模型，即可有效地指導(dǎo)模具的工藝設(shè)計，也可對零件進行裝配檢驗，避免其結(jié)構(gòu)和工藝上的設(shè)計錯誤。

最后，隨形冷卻水道是高端精密模具常用的一種冷卻系統(tǒng)，這類模具無法用常規(guī)機械加工技術(shù)制造，但3D打印技術(shù)能夠制造這類復(fù)雜模具，可使模具局部降溫及快冷，縮短成型周期。

4 總結(jié)

由于受制于材料、成本、打印速度、制造精度等多方面因素，3D打印技術(shù)并不能完全取代傳統(tǒng)的能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)的模具制造技術(shù)，未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，兩種技術(shù)將融合共進，共同促進模具行業(yè)的積極發(fā)展。

[1]盧秉恒,李滌塵.增材制造3D打印技術(shù)發(fā)展[J].機械制造與自動化,2013,42(4):1-4.

[2]王麗娜.未來制造業(yè)的新方向[J].科技導(dǎo)報社,2014,32(4/5):116.

[3]王文濤,劉燕華.3D打印制造技術(shù)發(fā)展趨勢及對我國結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的影響[J].科技管理研究,2014,06:22-25.

[4]左世全.我國3D打印發(fā)展戰(zhàn)略與對策研究[J].世界制造技術(shù)與裝備市場,2014,(5):44-50.

[5]李堅,許民,包文慧.影響未來的顛覆性技術(shù):多元材料混合智造的3D打印[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,43(6):1-9.

[6]郭日陽.3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動化儀表,2015,36(3):5-8.