模具制造行业如何使用 3D 打印

模具行业是跨度最长的行业之一，与制造业的各个领域都有关系。在现代，制造和模具高度依赖，无数的产品部件是通过模压（注塑、吹塑和硅胶）或铸造（模铸、精炼和旋压）制造的。无论是什么应用，模具都能在保证质量的同时提高效率和利润。

CNC加工是用于制造模具的最常用技术。尽管它提供了高度可靠的结果，但它也非常昂贵且耗时。因此，许多模具制造商也开始寻找更有效的替代品。通过增材层制造（ALM，即 3D 打印或增材制造）制造模具也是一种更有吸引力的方法，尤其是因为模具通常以小批量生产且形状更复杂，非常适合 3D 打印完成。

如今，3D打印和各种打印材料（塑料、橡胶、复合材料、金属、蜡和沙子）为汽车、航空航天、医疗保健和医疗等许多行业带来了极大的便利，许多公司将3D打印集成到他们的供应中链条，包括模具制造。那么模具制造可以从3D打印技术中获得什么好处呢？实际上，3D打印技术可以用于模具制造的以下几个方面：

成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、纸浆模、可溶模芯、玻璃钢模具等）

铸造（砂模、旋压、热成型、金属液压成型等……）

加工、装配和测试（固定夹具、移动夹具、模块化夹具……）

机器人末端执行器（手柄）

使用 3D 打印制作模具有很多优点：

1) 缩短模具制造周期       

3D打印模具缩短了整个产品开发周期，成为驱动创新的源泉。过去，由于制造新模具需要大量资金，公司有时会选择推迟或放弃产品设计更新。通过减少模具设置时间并使现有设计工具能够快速更新，3D 打印使企业能够更频繁地更换和改进模具。它使模具设计周期，跟上产品设计周期的步伐。此外，一些企业还购买了3D打印设备来制作自己的模具，进一步加快了产品开发，增加了灵活性/适应性。从战略上讲，它增加了供应链防御的能力，以延长期限并产生停滞风险，例如从供应商那里获得不合适的模具。

2) 降低制造成本

如果当今金属 3D 打印的成本高于传统金属制造工艺的成本，那么塑料领域的成本节约将变得更加容易。金属 3D 打印模具在生产小型、不连续系列的最终产品时具有经济优势，因为这些产品的固定成本难以摊销，或者对于某些特定几何形状（仅针对 3D 打印进行了优化）更具经济优势。特别是当使用的材料非常昂贵并且传统的模具制造导致材料报废率高时，3D打印具有成本效益。此外，3D 打印能够在短短几个小时内生产出精确的模具，这对制造工艺和利润都有积极的影响。特别是当使用的材料非常昂贵并且传统的模具制造导致材料报废率高时，3D打印具有成本效益。尤其是在停产和/或模具库存昂贵的情况下。

最后，有时必须在生产开始后修改模具。 3D 打印的灵活性允许工程师同时尝试多次迭代，并降低与模具设计修改相关的前期成本。

3) 模具设计的改进为最终产品增加了更多功能。

通常，金属 3D 打印的特殊冶金方法可以改善金属的微观结构，并产生完全致密的打印部件，其机械或物理性能与锻造或铸造的部件一样好或更好（取决于热处理和测试方向）。增材制造为工程师提供了无限的选择来改进模具设计。当目标部件由多个子部件组成时，3D打印具有整合设计和减少部件数量的能力。这简化了产品组装过程并降低了公差。此外，它还可以集成复杂的产品功能，从而加快生产高性能终端产品并减少产品缺陷。例如，注塑件的总质量受到注塑材料和流经夹具的冷却流体之间的热传递条件的影响。如果使用传统技术制造，引导冷却材料的通道通常是直的，从而导致模制部件中的冷却速度较慢且不均匀。 3D 打印允许任何形状的冷却通道，以确保更优化和均匀的冷却，从而产生更高质量的零件和更低的废品率。此外，更快的散热显着缩短了注塑成型的周期时间，因为冷却时间通常高达整个注塑周期的 70%。

4) 优化工具更符合人体工程学，性能最低        

3D 打印减少了验证新工具以解决制造过程中未满足的需求的障碍，从而能够制造更多的移动固定装置和固定装置。传统上，由于重新设计和制造它们所需的成本和努力，工具设计和相应的设备总是尽可能长时间地使用。借助 3D 打印技术，企业可以随时翻新任何工具，而不仅仅是那些已经报废且不符合要求的工具。由于所需的时间和初始成本较少，3D 打印可以更经济地优化工具以获得更好的边际性能。然后，技术人员在设计时可以更多地考虑人体工程学，以提高操作舒适度、减少处理时间、更加用户友好和易于存储。虽然这可能只会减少几秒钟的组装操作时间，但经不起多少考验。另外，模具设计优化，也可以降低零件的废品率。

5) 定制模具，帮助实现最终产品定制        

更短的生产周期、更复杂几何形状的创建以及降低最终制造成本的能力使公司能够创建大量个性化工具来支持定制零件的制造。 3D打印模具非常有利于定制化生产，比如医疗器械和医疗行业。它为外科医生提供个性化的 3D 打印器械，例如手术导板和工具，使他们能够改善手术效果并缩短手术时间。