3D 打印工具如何塑造原型设计的未来
当我们讨论 3D 打印在制造业中的作用时，我们经常会考虑增材制造最终取代传统技术的方式。事实上，许多增材制造硬件开发商有效地将他们的机器作为 CNC 机器或注塑系统等产品的直接替代品进行营销。
但 3D 打印也可用于补充现有技术，如 CNC 加工、注塑成型、钣金制造、挤压和铸造。
这是因为增材制造系统——无论是工业金属技术（如 DMLS）还是塑料技术（如 FDM 或 SLS）——都可用于为这些流程创建 3D 打印工具，从而加速和/或改进生产以提供更好的结果。
本文着眼于 3D 打印工具如何塑造原型制作和小批量生产的未来。它讨论了不同种类的 3D 打印工具、为什么 3D 打印工具有用以及可用的材料。
3D 打印工具的类型
工具是一个总称，用于描述制造中使用的各种固定、支撑或成形机制。零件的模具可以由一个或多个组件组成，通常由工具钢等坚固的材料制成。
3D打印可用于制作多种工具。但是，有些组件比其他组件更容易制造，有些只能使用高端 AM 设备制造。
1.模具
模具是一种中空容器，里面装满了制造零件的材料。模具制造通常是通过机械加工实现的，但 3D 打印——再加上耐温材料——正在成为某些零件的可行选择。
印刷模具在准备好使用之前可能需要大量的表面研磨或其他表面处理，但它们的制造速度正在成为原型制造公司的一大福音。
根据德国 AM 公司 EOS 的说法，“即使是最复杂的结构也能以高质量和短的生产时间生产，这意味着 3D 打印……为模具制造提供了明显的优势。”
2。夹具
夹具是一种定制的工件夹持装置，用于在制造过程中提高零件的一致性。它通常用于引导和控制刀具的运动。
3D 打印机在制造夹具和固定装置等定制物品方面变得越来越有用，因为该工艺对于一次性零件来说成本低廉。
3D 打印夹具和固定装置制造商还可以大大缩短交货时间——尤其是在内部进行打印的情况下。
3.灯具
夹具是一种定制的工件夹持装置，用于在制造过程中固定工件，通常是机加工。与夹具不同，工件通常是所制造的零件所特有的，而不是制造设备所特有的。
夹具和固定装置可以用金属或工程塑料（如 TPU 或碳纤维增强尼龙）进行 3D 打印。
4.挤压模具
模具是带有异形孔的厚钢板。在挤压过程中，材料被迫通过模具开口，形成一个横截面与模具孔径相匹配的长部件。
与模具一样，模具通常由钢等耐温材料制成，使用 DMLS 和 SLM 等工艺打印变得更加容易。
3D 打印工具的优势
随形冷却通道
在注塑成型等工艺中，冷却通道用于在熔融材料周围注入冷却剂，使其均匀冷却和硬化。这有助于防止成型部件发生翘曲和变形。
在普通模具中，由于难以加工更复杂的形状，通道通常是直线。但是 3D 打印可以创建随形冷却通道：通道遵循零件的轮廓，因此零件的每个区域都受到冷却剂的同等影响。
根据金属增材制造专家 Desktop Metal 的说法，“具有复杂设计和内部结构的零件（例如用于定制模具的保形冷却通道）非常适合增材制造，其中制造时间和每个零件的成本不一定取决于设计复杂性。”
快速制造
3D 打印是一个快速的过程，只需最少的设置或准备时间。这样可以快速生产工具，并在工具损坏或需要更改时立即更换工具。
虽然 3D 打印工具仍处于起步阶段，不受大多数制造商（或客户）的青睐，但它对于快速原型制作已经变得很重要，因为在这种情况下，交货时间的考虑比其他因素更重要。
3D 打印工具将对原型制作的未来产生重大影响，仅仅是因为它明显加快了传统的原型制作流程。
经济高效
工具可能非常昂贵，尤其是在需要多个组件或设计特别复杂的情况下。 3D 打印可以降低模具成本，因为复杂而复杂的设计几乎可以像简单的设计一样快速制造。
AM 在材料使用方面也很有效，因为它不涉及从工件上切掉废料。
最后，任何从原型制作阶段显着降低成本的解决方法最终都会在原型制作过程中发挥越来越大的作用。
3D 打印机制造商 Markforged 表示，“看到制造商能够在其工艺中使用 10-50% 的耐用工具进行 3D 打印”，这代表“考虑到 3D 打印部件的平均成本节约与机加工部分占 80%。”
可用于不同的进程
3D 打印工具可用于多种独特的制造工艺，包括：
- 压铸
- 注塑成型
- 挤压
- 数控加工
- 钣金加工
最佳增材制造工具材料
工具钢
工具钢是适用于要求苛刻的制造应用的硬钢。由于它的硬度，精确加工需要很长时间。
然而，一些金属 3D 打印技术可以打印这种材料，这为注塑模具等 3D 打印物品创造了机会。工业增材制造公司 EOS 生产一系列可 3D 打印的工具钢粉末，包括马氏体时效钢和工具钢 1.2709。
铬镍铁合金
DMLS 和 SLM 等工艺可用于从 Inconel 镍合金打印工具。 Inconel 耐高温，适用于各种模具应用，包括成型和挤出。
复合材料
在制造夹具和固定装置等 3D 打印工具时，碳纤维增强尼龙或 PEEK 等复合材料可以替代高强度金属。
工程热塑性塑料
3D 打印公司 Stratasys 建议使用 TPU、增强尼龙或 ASA 等高性能 FDM 材料制作某些夹具和固定装置。
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