3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

呂孟春+周美容

摘 要：隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的模具制造業(yè)發(fā)展至今也加入了高科技技術(shù)。3D打印技術(shù)逐漸被廣泛地應(yīng)用在模具制造中，這種技術(shù)很大程度上改善了傳統(tǒng)模具制造業(yè)在工作流程上，操作復(fù)雜、人工成本高、耗時等不足之處。本文詳細地介紹了3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、在實業(yè)中的具體應(yīng)用，以及相對于傳統(tǒng)技術(shù)的行業(yè)優(yōu)勢進行了比較，為模具制造業(yè)提供更好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；模具制造；應(yīng)用

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

0 引言

3D技術(shù)于16年在我國發(fā)展起來，是一種先進的現(xiàn)代高科技技術(shù)手段。最開始時只是打印一些小型的產(chǎn)品模型、零件，還有小孩的玩具，因技術(shù)方面的不成熟，沒有被廣泛應(yīng)用。隨著時間的推移，發(fā)展至今，3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域。比如在醫(yī)療保健、服裝配飾、汽車制造等各行各業(yè)中，3D打印技術(shù)在模具制造中應(yīng)用也十分廣泛。從以前的模具手工制造，到現(xiàn)在的機械流水制造，模具制造業(yè)的發(fā)展速度是相對比較慢的。而當(dāng)下模具制造中應(yīng)用的3D打印技術(shù)讓模具制造業(yè)發(fā)展到一個新的高度，實現(xiàn)了該行業(yè)的轉(zhuǎn)型。

1 3D打印的普及現(xiàn)狀

隨著3D打印技術(shù)近兩年來的快速發(fā)展，很多行業(yè)都將自己的傳統(tǒng)制作工藝和3D技術(shù)相結(jié)合，制作出更有設(shè)計感、更復(fù)雜的產(chǎn)品。在很多領(lǐng)域里3D打印技術(shù)被應(yīng)用，例如人們?nèi)粘４┑囊路⑿?、佩戴的首飾珠寶；日常生活中所使用的家具等等都可以?D打印機制作。總之3D打印技術(shù)目前已普遍存在于人們的日常生活中，它不再是虛擬的數(shù)字化，也不是單一的中小型工藝產(chǎn)品制作技術(shù)，它慢慢走近人們的生活，改變著人們?nèi)粘Ｉ盍?xí)慣，給人們帶來無限方便與快捷。相信隨著以后的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)會徹底改變我們的生活，為現(xiàn)代化工業(yè)提供一個更好的未來。

2 3D打印的特點

（1）3D打印周期短。3D打印技術(shù)制作過程速度快，只需要在3D制作軟件上建好需要打印的產(chǎn)品模型，再將黏性材料通過打印機分層打印出來，這樣通過層層累積的方式快速地將產(chǎn)品制作出來。3D打印機的速度已經(jīng)達到了600mm/s，可以在5分鐘時間類完成一個60mm的三維模型，這對于普通制作工藝來講，需要至少十個小時左右，極大了節(jié)約了時間成本，更適合于工廠車間批量生產(chǎn)[1]。

（2）3D打印精度高。3D打印技術(shù)是利用計算機三維制作軟件來完成初步建模操作的，這一過程需要精確細心。將每一個產(chǎn)品模型的尺寸大小都記錄在計算機里，對于復(fù)雜一些的模型來講，通過計算機的運算要比傳統(tǒng)手工制作的精確度高很多，制作出來的產(chǎn)品的精度當(dāng)然也高。尤其是對于曲面模具的制作，要求精度更高，而3D打印技術(shù)制作能夠精準(zhǔn)地完成。

（3）3D打印效率高。傳統(tǒng)的固化材料制作工藝（SLA）制作模具原理是一定波長的激光作用光固化材料上，一定強度的激光讓其凝固，完成二維制作之后再層層疊加，從而制作出三維模型。這種制作工藝造價高、操作復(fù)雜、運算量大，后期設(shè)備維護的費用相對也較高，最主要的是工作效率低。而3D打印技術(shù)操作簡單，成品速度快，工作效率高，是普通傳統(tǒng)工藝制作水平的百倍，這對于整個模具制造業(yè)是一個很大的改革。

3 3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)工作眼里是通過三維軟件CAD進行建模，將這些信息傳遞到相連接的3D打印機上，打印機將黏性材料在二維層面上打印出來，每層在打印時都是用一層的膠水再加一層的粉末狀材料打印完成，然后進行第二層打印，這樣通過層層積累來完成三維模型的制作。目前建模軟件系統(tǒng)還需要更加完善系統(tǒng)化，對于打印所需材料也是研究的熱點，相信今后會有更加意想不到的原料通過3D打印機打印出來。

4 3D打印技術(shù)實際應(yīng)用

3D打印技術(shù)在服裝行業(yè)的應(yīng)用。目前在知名的各大走秀品牌中，他們利用3D設(shè)計軟件將產(chǎn)品的三維模型設(shè)計出來，再通過3D打印機打印出具有高科技感的衣服鞋子，直接可以進行銷售。這類服裝具有環(huán)保性，材質(zhì)輕便，可以回收利用，深受人們的喜愛。

3D打印技術(shù)還在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，航空航天設(shè)備與其他相比要求比較復(fù)雜，因材料特殊，制作精密度要求高，利用傳統(tǒng)制作工藝時需要花大量的時間和金錢來進行反復(fù)的試驗，造成極大的浪費，而3D制作技術(shù)很好地解決了這些不足之處。通過3D建模，將需要打印的零件模型制作出來，這個過程需要非常精準(zhǔn)，直接決定最后成品是否達標(biāo)[2]。

此外還有家庭3D打印機現(xiàn)在已經(jīng)有成品在網(wǎng)絡(luò)有銷售，操作非常簡單，成本低，可以打印一些小的三維模型，作為觀賞；還有3D打印筆，跟普通筆外觀相似，可在三維面上進行繪畫，完成的是三維模型，可以用來多方位立體表達出模型構(gòu)圖，這多用于教學(xué)研究中；還有一些特殊領(lǐng)域應(yīng)用里，3D打印技術(shù)還可以制作成機器人，這些機器人可以通過特殊的遠程操作程序來控制來完成一些行業(yè)的要求，比如服務(wù)行業(yè)，減少人工成本，實現(xiàn)高科技化操作[3]。

5 3D打印技術(shù)行業(yè)優(yōu)勢

3D打印技術(shù)在各行各業(yè)中的越來越被廣泛的應(yīng)用，相對于傳統(tǒng)制作工藝，3D打印技術(shù)在模具制作上具有不可替代的優(yōu)勢。以往的模具制作工程中有很大一部分是依據(jù)師傅的經(jīng)驗來掌握，操作誤差根據(jù)人員的不同而不同，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。對于一些復(fù)雜的模具而言，精度要求高，人工制作完成的可能性不大。發(fā)展到后期，應(yīng)用機械制造，此操作過程復(fù)雜，且前期制作模具時需要反復(fù)的實驗，需要大量的時間和人工。3D打印技術(shù)的應(yīng)用成功地解決了這些問題，提高了模具制作效率，提高了產(chǎn)品的精確度，增加了生產(chǎn)效益，加快了經(jīng)濟效益。

6 結(jié)束語

隨著3D打印技術(shù)在各個行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，人們?nèi)粘Ｉ钣闷分幸苍絹碓蕉嗟爻霈F(xiàn)了利用3D技術(shù)制作的產(chǎn)品，3D打印改變了人們?nèi)粘Ｉ钅Ｊ健，F(xiàn)代化高科技發(fā)展已走近了人們的日常生活中，這是今后現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。而在模具制造工藝中，3D打印技術(shù)有強大的優(yōu)勢，改善了傳統(tǒng)模具制作耗時、成本高、產(chǎn)品精密度低、工作效率低等缺點，實現(xiàn)了工廠效益最大化，讓模具制造行業(yè)走上了更高一層臺階。

參考文獻：

[1]伍倪燕，廖璘志，傅貴興，王渝平.3D打印技術(shù)對模具制造技術(shù)的影響分析[J].模具制造，2014（10）：86-88.

[2]郭日陽.3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動化儀表，2015（03）：5-8.

[3]李小麗，馬劍雄，李萍.3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢[J].自動化儀表，2014，35（01）：1-5.

作者簡介：呂孟春（1969-），男，本科，研究方向：機械設(shè)計與制造。endprint