探討模具制造中3D打印技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

李文揚

摘要：進入21世紀(jì)之后，科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，促使3D建模軟件得到大范圍普及，3D打印技術(shù)也因此得到了應(yīng)用和發(fā)展。3D打印技術(shù)的問世是一件改變傳統(tǒng)制造業(yè)模式的事情，自問世以來，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展最為前端的產(chǎn)品，并且逐漸在各行各業(yè)進行了廣泛的滲透模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的技術(shù)基礎(chǔ)，模具行業(yè)是一個跨度非常大的行業(yè)，與制造業(yè)的各個領(lǐng)域都有關(guān)聯(lián)。因此，本文主要探討在模具制造過程中合理有效的使用3D打印技術(shù)，能有效提升模具設(shè)計和制造的整體效率，推動模具向更復(fù)雜、更經(jīng)濟、更快速的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：模具制造;3D打印;關(guān)鍵技術(shù)

引言

工業(yè)制造和模具是高度依存的，模具行業(yè)的發(fā)展水平可以折射出一個國家的制造業(yè)水平，而對制造業(yè)的發(fā)展來說，3D打印技術(shù)產(chǎn)生之前，各個地區(qū)的加工制造業(yè)都是運用模具作為生產(chǎn)主力。過去的幾十年內(nèi)，傳統(tǒng)的模具為加工制造業(yè)做出了巨大的貢獻，因此，很多人將傳統(tǒng)模具稱為“工業(yè)之母”。3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以制造出結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝形式無法達到的打印效果，簡化了生產(chǎn)流程，加快了制造速度，是未來所重點發(fā)展的技術(shù)類型。

1 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)也被稱作是增材制造，主要是在數(shù)字化技術(shù)支持下來對規(guī)則或者不規(guī)則三維化、立體化固體物品處理加工所展現(xiàn)的能力。通過高效率的處理加工會讓物體快速成型。從應(yīng)用本質(zhì)上來看，3D打印技術(shù)是依托計算機技術(shù)所開發(fā)設(shè)計出的一種輔助性軟件，在這個輔助性軟件的作用下會對特定加工模型實施數(shù)字化切片處理，由此將實體模型加工改變?yōu)閿?shù)字模型，為相關(guān)人員的工作開展提供支持。

2 3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用優(yōu)勢

3D打印技術(shù)是以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式構(gòu)造物體的技術(shù)，又稱增材制造。近年來，隨著3D打印技術(shù)的推廣與應(yīng)用，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，它可以彌補傳統(tǒng)制造方法的短板，在模具制造領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。而在模具制造中合理使用3D打印技術(shù)，能夠有效彌補傳統(tǒng)模具加工技術(shù)中存在的不足，它方便快捷、應(yīng)用廣泛，整個過程不需要使用任何刀具或其他模具，可直接在計算機上設(shè)計產(chǎn)品、規(guī)劃生產(chǎn)流程、優(yōu)化工藝、完善生產(chǎn)問題，能有效提升計算精確度，縮短工作時間，提高工作效率。

3模具制造中3D打印技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1熔融材料沉積與熱成形打印技術(shù)

分析熔融材料沉積與熱成形打印技術(shù)主要是應(yīng)用于各種高分子打印材料的快速打印，其技術(shù)可以充分利用打印材料的化學(xué)熱熔性、熱學(xué)可塑性與材料黏結(jié)性三個特征，一層層打印進行快速打印材料模型的熔融堆積與熱成形。這種技術(shù)及其優(yōu)點是因為使其材料多樣、強度高與制造成本低，但其在構(gòu)件產(chǎn)品設(shè)計制造工藝精度高等方面可能達到得不到實際要求，不能廣泛用于復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)品的設(shè)計制作。

3.3立體光固化成型工藝技術(shù)

立體光固化成型工藝技術(shù)主要是將特定波長、強度的紫外線或激光，聚焦照射到一種液態(tài)立體光敏感性樹脂成型材料的晶體表面，使其由光向點從光到點向線、由點從線到點表面從而發(fā)生光聚合反應(yīng)的成型技術(shù)，該成型技術(shù)被稱為最常見的3D型光打印成型技術(shù)。該系列打印材料技術(shù)同時具有打印材料綜合利用率高、強度高與打印精度高的三大特征，可以廣泛應(yīng)用于大到精細機械零件的塑料加工與印刷打印中。

4 3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用方式

快速模具是將3D打印技術(shù)應(yīng)用于模具制造技術(shù)中形成的產(chǎn)物，按制模材料可分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具，按制模工藝可分為直接制造模具和間接制造模具。下面介紹幾種典型的應(yīng)用方式：

4.1直接制造軟質(zhì)模具

直接制造軟質(zhì)模具是以硅橡膠、環(huán)氧樹脂、低熔點合金和覆膜砂為原料，通過3D打印技術(shù)直接成形的模具，主要技術(shù)由SLS（選擇性激光燒結(jié)）和SLA（光固化成型）兩種。SLS采用紅外激光器作能源，逐層將粉末材料有選擇性地?zé)Y(jié)成型，具有制造工藝簡單、材料利用率高、價格便宜、成型速度快等特點，可直接完成砂模制造。其打印制件的精度和表面粗糙度都可以達到用常規(guī)模具制造方式制造的砂模，但其結(jié)構(gòu)疏松、多孔、有內(nèi)應(yīng)力、表面粗糙，而且容易產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，造成環(huán)境污染。SLA是基于液態(tài)光敏樹脂光聚合原理工作的，是目前研究最多、技術(shù)上最為成熟的方法。

4.2間接制造軟質(zhì)模具

間接制造軟質(zhì)模具的原材料與直接制造的方式相同，不同之處是需要先用3D打印技術(shù)制造模芯，再以模芯為母模復(fù)制加工模具，主要有金屬噴涂和硅橡膠澆鑄兩種方式。金屬噴涂是在3D打印原型的表面噴涂熔點較低的合金或金屬，形成金屬薄殼后再填充復(fù)合材料制成模具，這樣的方式制造速度快，常用于標(biāo)準(zhǔn)件的模型加工制造中;硅橡膠澆鑄是在模型表面涂刷脫模劑后，將其固定放置在?？騼?nèi)，然后向?？騼?nèi)澆鑄硅橡膠懸浮液，等其完全固化后，沿分割線將其剖開，把模型取出后就可以得到一套硅橡膠模具，但這樣的制作方式經(jīng)常會出現(xiàn)模具固化不完全，生產(chǎn)零件時出現(xiàn)溢料等問題。

4.3直接制造硬質(zhì)模具

利用3D打印技術(shù)直接生產(chǎn)模具和金屬零件，是近幾年的主要研究課題。SLM是通過高功率的激光直接將金屬粉末熔化，經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)，整個過程不需要黏結(jié)劑。常用的金屬粉末有鐵粉和銅粉，銅粉一般用于強度要求較高的零件，鐵粉常用于零件精密程度較高的模具制造中，模具的表面光潔度直接決定最終注塑零件的外觀。因此，使用3D打印技術(shù)制作模具時，打印過程必須非常穩(wěn)定，才能生產(chǎn)出高密度零件，進而保證后續(xù)加工中實現(xiàn)完美的表面光潔度。

結(jié)束語

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。3D打印的高復(fù)原和高精度數(shù)字化功能在模具制造行業(yè)很受歡迎。但3D打印技術(shù)也存在打印材料單一、價格昂貴、打印效率有待提升、零件尺寸受限、打印成品表面不夠光滑等缺點，目前打印工藝還在繼續(xù)摸索中，仍需進一步優(yōu)化成型工藝參數(shù)，增加打磨、拋光等后處理工藝，提升打印成品質(zhì)量。

參考文獻

[1]陳瑞兵.3D打印技術(shù)下塑料模具制造技術(shù)研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（3）：30-31.

[2]陳隆波.3D打印技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].南方農(nóng)機，2018（11）：15+21.