3D打印能否取代傳統(tǒng)模具制造,？

模具被譽為“工業(yè)之母”,，其應用可以追溯到遠古時代，在過去的幾十年里,，隨著科技革命車輪的滾滾向前,，模具制造行業(yè)拉開了新的篇章，技術隨之突飛猛進,，為加工制造業(yè)做出了巨大的貢獻�,，F(xiàn)如今，雖然世界各地的傳統(tǒng)制造業(yè)還是以模具為生產主力,，但是模具的發(fā)展卻受到了3D打印技術的沖擊,。

近年來，隨著工業(yè)4.0的發(fā)展,，中國制造業(yè)從“制造”向“智造”方向的發(fā)展速度越來越迅速,，3D打印技術已在我國制造業(yè)中得到了廣泛運用，3D打印機可為模具設計和制造提供高效,、低成本的支持,。甚至隨著3D打印技術的迅猛發(fā)展，在部分領域,，已逐漸開始顛覆模具技術,，與之形成直接競爭關系。

據(jù)了解,，相比3D打印技術,，傳統(tǒng)的模具制造需要更多的步驟和工藝，模具生產周期更長。模具制造商推出一種新產品時,，在上市之前,，新品需通過嚴苛的國際標準和認證，而眾多部件的認證將耗時巨大,。這會使新產品在搶占市場的時間上處于非常不利的位置,。而3D打印注塑模具則是一種高效的解決方案。知名廠商施耐德電氣是這么做的,，在他們的開放性實驗室內,，利用3D打印技術制造注塑模具。

據(jù)施耐德相關人員介紹,，通常情況下,，生產一個模具需要幾個星期到兩月之久，而使用3D打印技術可以在幾個小時內完成模具原型,，并且可以根據(jù)測試結果立即進行修改,。然后注塑出最終的產品樣品。這些產品樣品可以直接發(fā)送認證,，而這時傳統(tǒng)模具制造可能仍在生產當中,，甚至在模具最后確定之前，3D打印成品就已經通過認證,，大大縮短了開發(fā)周期,。

在大批量生產領域，3D打印機與傳統(tǒng)模具的對比：

傳統(tǒng)模具

1,、模具耐用性：在生產應用中,，模具要耐磨損，而且要經濟實惠,。因此,，大部分模具都采用鋼制，有些甚至采用硬質合金制造,。

2,、模具制造：用3D建模軟件例如PRO-E將模具圖繪制出來，經過不斷調整達到最終的成型效果,。

3,、模具用途：以傳統(tǒng)注塑、壓鑄,、橡膠和沖壓等產品為主,。

4、模具強度精度：根據(jù)用戶實際需求確認強度,，精度較高,。

5,、模具生產時間：較為快速。

6,、模具經濟性：大批量生產經濟性好,，單件和小批量經濟性差,。

3D打印技術

1,、3D打印所需材料：根據(jù)用戶實際需求考慮最適合的打印材料。

2,、3D打印成型方式：累積式,，一點一點增加上去，最終打印完成作品,。

3,、3D打印用途：小型復雜零件用3D打印可以輕松實現(xiàn)，大型零件,，整體打印拼湊,。

4、3D打印強度精度：關于3D打印的強度和精度有很多綜合因素,，3D打印機的精度,，所選材料的好壞，3D模型圖的精度都決定了最終出來的產品精度,，強度尚可,。

5、3D打印生產時間：成型時間較長,。

6,、3D打印經濟性：大批量生產經濟性差，單件和小批量經濟性好,。

僅在模具生產周期上,，3D打印技術已經對傳統(tǒng)的模具制造產生了一定的沖擊。然而業(yè)內專家表示,，盡管3D打印技術具有生產周期短,、原料便捷、制品壓力均勻等眾多優(yōu)點,，但是3D打印技術并不能完全取代傳統(tǒng)的模具制造方法,，這是因為3D打印技術在生產制造過程中還存在一些問題。

比如,，3D打印技術是逐層加工得到產品,，這雖然會縮短模具的生產周期，但同時也會導致模具表面具有臺階紋效應,。直接打印的模具也存在類似問題,，后期需要機械加工或者噴砂來消除這些細小的,、齒狀的邊緣。此外,，小于1mm的孔必須鉆,，更大的孔需要擴孔或者鉆孔，螺紋特征需要攻絲或者銑削,，這些二次處理在很大程度上削弱了3D打印模具的速度優(yōu)勢,。

同時，為保證材料流動性能良好,，注塑模具需要加熱到非常高的溫度,。鋁模和鋼模通常經歷500F(260℃)甚至更高溫度環(huán)境，尤其在加工高溫塑料,，如PEEK和PEI材料時,。用金屬材質模具生產幾千個零件很容易，在最終量產模具出來前也可作為過渡模具使用,。而使用3D打印技術制造的模具材料一般是光敏或者熱固性樹脂,，它們通過紫外光或者激光固化。這些塑料模具盡管比較硬,，但是在注塑的熱循環(huán)條件下?lián)p毀非常迅速,。事實上，在溫和環(huán)境下3D打印模具通常在使用100次以內會失效,，高溫塑料比如聚乙烯和或苯乙烯,。對玻璃填充聚碳酸酯和耐高溫塑料，甚至只能生產幾個零件,。

此外,，使用3D打印模具的一大原因是其成本低。生產級別機加工模具成本一般是20000美元甚至更多,，意味著同1000美元的打印模具是同類比較,。但是這個類比并不公平，打印模具陳本的評估通常只考慮材料消耗,，并沒有考慮人工,、裝配與安裝、噴射系統(tǒng)和五金器具,。比如ProtoLabsd的鋁模具花費1500美元可以用于生產,。如果需要生產更多零件，采用3D打印模具,，每生產50-100個產品就需要重新打印,、裝配機測試新的模具。另一方面,，不考慮所使用的塑料,，鋁模具通常在生產10000個零件之后仍然服役良好,。因此，在生產成本上,，3D打印并不比傳統(tǒng)的模具制造方法更能節(jié)省成本,。

另外，在產品設計上,，傳統(tǒng)注塑模具制造的原則及實踐已經有超過一個世紀的歷史,，行業(yè)對其研究比較透徹，比如拔模斜角必須大于等于5度,，以滿足大部分鋁模要求,。3D打印模具注塑塑料零件卻面臨挑戰(zhàn)，對塑料模具頂針的數(shù)量與安裝位置需要額外小心,。在增加模腔壁厚和降低壓力方面，3D打印模具(尤其是高注塑溫度)在某種程度上更為靈活,。澆口的設計也不同,，應當避免使用隧道式和點狀澆口。直接澆口,、扇形澆口,、翼形澆口應該增加到正常尺寸的3倍。打印模具內聚合物的流動方向應該與3D打印線一致,，避免粘滯和低壓引起的高填充,。冷卻系統(tǒng)可在一定程度上提高模具的壽命，但不會明顯降低打印模具的循環(huán)次數(shù),，因為3D打印模具的散熱能力不像鋁�,；蜾撃Ｄ敲春谩�

綜上,，3D打印技術并不會完全取代傳統(tǒng)的模具制造業(yè)的地位,。因為3D打印模具在成品質量、產品成本和模具設計上與傳統(tǒng)模具制造相比,，還存在一定的不足,。并且，3D打印也不適合批量生產,，生產1件和生產1萬件的成本單價基本接近,，而且3D打印需要的時間也較長。目前的3D打印技術只能針對小批量生產周期要求緊張的模具生產,，大批量的生產還是以傳統(tǒng)模具制造為主,。

來源：中國塑料機械網