3D打印会取代模具行业吗？

发表于 2019 年 11 月 11 日，| By WayKen 快速制造

制造产品不仅仅涉及处理实际零件并组装它们。生产过程涉及许多额外的任务，例如开发包装、考虑物流，以及最重要的——开发和生产工具。模具是成功生产所需数量和所有规定要求的所有组件所必需的组件的一般含义。模具行业为全世界的企业家花费了数十亿美元。模具成本可高达产品总成本的 50%。然而，正在开发新技术以减少工具的时间和价格。 3D 打印已被证明是一项可靠且有前途的技术。

多年来，增材制造技术或通常称为 3D 打印的技术类似于在一张纸上复制 2D 数字图像的传统过程。随着技术的成熟，增材制造的精度、零件强度、表面光洁度和材料范围急剧增加。 5 年前，打印出来的零件只能用于模型和演示。今天，我们听说空客发动机、航天飞机和汽车上安装了印刷金属部件。这意味着 3D 打印也可用于工具。如果我们考虑这样一个快速的发展，也许3D打印将能够替代整个行业的所有常规模具制造工艺？

塑料 3D 打印替代软工具

软工具通常被称为不需要很多残疾的类似元素。软模具最常见的例子是用于铸造塑料的硅胶模具。它们由不同的固化有机硅混合物制成，而用于注塑成型的硬模具由金属合金制成。与硬工具相比，它们的耐用性微不足道（根据复杂程度，只有 1-1000 个零件），但价格要便宜得多。硅胶模具非常适合用于原型制作、小批量制造和定制。您只需要一个主模型和一个或两个模具来生产少量但重要的零件。那么，增材制造如何改进和替代传统工艺呢？

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增材制造的改进

首先，3D 打印已经在硅胶铸造中发挥了重要作用。它是主模型制造必不可少的。 3D 打印擅长生产单个定制零件，其优势在于几何形状的复杂性对最终时间和成本几乎没有影响。单个自定义复杂零件是塑料铸造主模型的定义。母模制作完成后，将其浸入液态硅胶中，一旦硬化，就得到了模具的两半。

如果我们更进一步并通过简单地打印硅胶模具来生产硅胶模具会怎样。这将消除对主零件及其后处理的需求。现代 3D 打印机使用必要的材料并不能完全达到必要的表面光洁度，但它们可以使用更柔软的聚合物生产极其光滑的零件。谁能说打印机在几年内就无法在更复杂的材料上达到同样的精度？当这种情况发生时，传统的硅胶模具行业将陷入困境。

3D 打印和注塑行业

我们已经研究过软工具。现在让我们看看 3D 打印可以为硬模具行业带来什么。该行业的大部分产品都涉及用于塑料注射成型零件的钢制耐用模具。但是，硬工具包括金属锻造模具、加工夹具和测量夹具（或特定零件的整个专业测量设备单元）。

适用于不同行业的硬工具

硬刀具最常通过 CNC 加工生产。模具和夹具由不锈钢或硬质合金制成，可以进行热处理以进一步延长其使用寿命。这种材料很难加工。这就是为什么硬模具制造加工需要花费大量资金并占用很大一部分产品交付周期。

硬质工具通常以单个单元或非常小批量的形式制造。它通常具有非常复杂的几何形状和内部特征。这种情况正是 3D 打印擅长的地方。然而，增材制造尚未广泛用于生产模具。

我们还没有看到增材制造的原因

有几个原因。原因之一是金属增材制造尚未提供 CNC 加工零件可以达到的精度和表面光洁度。因此，您不能完全避免使用刀具进行加工。所有这些都意味着您无法避免后处理，并且后处理零件的成本更高。然而，最重要的原因是烧结件的疲劳性能还没有得到很好的研究。这意味着不能可靠地预见打印部件的耐用性。一旦进行了更多的研究测试，我们就可以建立烧结材料的整体疲劳曲线。一旦完成，就可以将增材制造用于耐用部件。此外，适用于金属零件烧结的材料并不多，因此模具的种类有限。

工具的未来

既然我们知道了金属 3D 打印目前的局限性，那么让我们看看当这些局限性最终被克服时未来会发生什么。如果我们开发出可以用复杂部件制造精密零件的打印机，制造速度确实会飞速发展。这些模具将在几天内制造出来，并且比今天的制造成本更低。加工单个零件的成本非常高，而 3D 打印定制宠物实际上比批量生产更有利可图。材料的硬度无关紧要，因为它是局部熔化而不是切割。

最后但并非最不重要的一点是，增材制造可以在内部冷却通道方面增加很多。钻头和钻孔无法到达更深的空腔和空间，从而导致不同的冷却速率。然而，增材技术可以提供任何复杂形式的高效通道，均匀分布在型腔上，并且不会增加模具成本。

结论

增材制造要替代传统的万无一失的工具制造方法还有很长的路要走。然而，一旦技术成熟，对其部件的特性有了更好的了解，传统的方法就没有机会了。