【編者按】3D打印機(jī)又稱(chēng)三維打印機(jī)（3DP），是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器柱爵。許多行業(yè)都可以利用3D打印機(jī)，它打印出的東西逼真惭舒，現(xiàn)在就連傳統(tǒng)機(jī)加工模具都要使用它了晒来。

許多3D打印支持者聲稱(chēng)，3D打印對(duì)需要開(kāi)模具的注塑成型是個(gè)很好的代替郑现。真的是這樣嗎?下面我們一起去看看大家的意見(jiàn)是怎么樣的?

增材制造(大家所熟知的3D打印)已經(jīng)給制造業(yè)帶來(lái)了巨大影響湃崩。那些曾經(jīng)需要幾百美元、耗時(shí)幾周的手板件接箫，現(xiàn)在可以早上設(shè)計(jì)攒读、晚上打印朵诫，第二天早上就可以送達(dá)客戶(hù)手里。

有些公司已經(jīng)在使用3D打印工藝制造注塑模具薄扁。不再需要花費(fèi)幾個(gè)月時(shí)間來(lái)等待可以用于生產(chǎn)的模具的制造剪返，或者因?yàn)橄掠卧O(shè)計(jì)變化導(dǎo)致修改模具的大量金錢(qián)投入，或者生產(chǎn)層上的不確定因素邓梅。不管是模具驗(yàn)證還是注塑件小批量生產(chǎn)脱盲，都可以快速3D打印模具。如果模具有問(wèn)題或者需要修改設(shè)計(jì)日缨，再打印一個(gè)并重復(fù)驗(yàn)證或生產(chǎn)就是钱反。對(duì)嗎?

這些觀(guān)點(diǎn)有一些道理。塑料3D打印的注塑模具有點(diǎn)像我們后院的塑料棚匣距，它比金屬棚便宜冷泵，塑料棚搭建速度很快且在低載荷下表現(xiàn)良好。但是如果積雪太多盔锦，他們將破裂成一屋的碎片塞这。

3D打印模具有自己的一席之地，有些企業(yè)在3D打印模具的應(yīng)用上比較成功奖冻。支持者稱(chēng)3D打印模具比傳統(tǒng)模具加工方式快達(dá)90%窜鳍、便宜達(dá)70%。在某些情況下這可能是真實(shí)的癞糙，但是明白金屬模具相比3D打印塑料模具的優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì)非常重要稻嘱。

真正的模具，真正的快速

快速制造公司ProtoLabs自從1999年已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)快速模具注塑零件伦朵。它提供的模具可制造工程塑料罢令、金屬、液態(tài)硅膠(LSR)等材料的零件暑赏。模具主要使用鋁(有些情況下用鋼)材機(jī)加工得到媒埃，可加工幾個(gè)到1000個(gè)零件，發(fā)貨時(shí)間1-15天贼穆。

它的工業(yè)級(jí)3D打印服務(wù)包括光固化(SLA)题山、選擇性激光燒結(jié)(SLS)和直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)」嗜可打印材料包括仿聚丙烯和ABS的類(lèi)熱塑性材料顶瞳、工業(yè)級(jí)尼龍及金屬(如不銹鋼、鋁合金及鈦合金等)愕秫。

既然有如此大范圍加工能力慨菱，為什么不直接打印模具，而是機(jī)加工制造模具呢?

模具制造商當(dāng)警惕

ProtoLabs公司工程師一直在考慮打印模具，但是在做了16年的快速模具生意符喝，一些原因仍迫使他們堅(jiān)持可靠的快速注塑成型工藝：

表面質(zhì)量：3D打印逐層加工得到零件闪彼，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面有臺(tái)階紋效應(yīng)。直接打印的模具也存在類(lèi)似問(wèn)題洲劣，后期需要機(jī)加工或者噴砂來(lái)消除這些細(xì)的齒狀的邊緣备蚓。此外课蔬，小于1mm的孔必須鉆囱稽，更大的孔需要擴(kuò)孔或者鉆孔，螺紋特征需要攻絲或者銑削二跋。這些二次處理很大程度上削弱了3D打印模具的速度優(yōu)勢(shì)卡围。

尺寸因素：如果你要設(shè)計(jì)滑板或者塑料工具箱，3D打印模具也許是毫無(wú)問(wèn)題的哭练。零件尺寸限制在10立方英寸(164立方厘米)外秋，大致是柚子的尺寸。而且盡管當(dāng)前的增材設(shè)備的精度很高僧憾，但是仍然沒(méi)法同加工中心和EDM設(shè)備比較奈株。后者加工的模腔精度通常達(dá)±0.003英寸(0.076mm)，零件體積高達(dá)59立方英寸荐呵，大致是3D打印零件體積的6倍稿焚。

高溫環(huán)境：為保證材料流動(dòng)性能良好，注塑模具需要加熱到非常高的溫度蔬聚。鋁模和鋼模通常經(jīng)歷500F(260℃)甚至更高溫度環(huán)境用动，尤其在加工高溫塑料如PEEK和PEI(Ultem)材料。用這些金屬模具生產(chǎn)幾千個(gè)零件很容易墙违，在最終量產(chǎn)模具出來(lái)前也可作為過(guò)渡模具使用征蜻。使用SLA或者相似3D打印工藝制造的模具材料一般是光敏或者熱固性樹(shù)脂，它們通過(guò)紫外光或者激光固化诽表。這些塑料模具盡管比較硬唉锌，但是在注塑的熱循環(huán)條件下?lián)p毀非常迅速。事實(shí)上竿奏，在溫和環(huán)境下3D打印模具通常在使用100次以?xún)?nèi)會(huì)失效袄简，高溫塑料比如聚乙烯和或苯乙烯。對(duì)玻璃填充聚碳酸酯和耐高溫塑料议双，甚至只能生產(chǎn)幾個(gè)零件痘番。

比較成本：使用3D打印模具的一大原始是因?yàn)槠涑杀镜汀Ｉa(chǎn)級(jí)別機(jī)加工模具成本一般是20000美元甚至更多平痰，意味著同1000美元的打印模具是同類(lèi)較汞舱。但是這個(gè)類(lèi)比并不公平，打印模具陳本的評(píng)估通常只考慮材料消耗宗雇，并沒(méi)有考慮人工昂芜、裝配與安裝莹规、噴射系統(tǒng)和五金器具。比如ProtoLabsd的鋁模具花費(fèi)1500美元可以用于生產(chǎn)泌神。如果需要生產(chǎn)更多零件?采用3D打印模具良漱，你每生產(chǎn)50-100個(gè)產(chǎn)品就需要重新打印、裝配機(jī)測(cè)試新的模具棠裹。另一方面忆和，不考慮所使用的塑料，鋁模具通常在生產(chǎn)10000個(gè)零件仍然服役良好效迹。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)注塑模具制造的原則及實(shí)踐已經(jīng)有超過(guò)一個(gè)世紀(jì)的歷史龟聊，行業(yè)對(duì)其研究比較透徹。3D打印模具卻非常新啰蕴。比如拔模斜角必須大于等于5度暑吹，以滿(mǎn)足大部分鋁模要求。塑料模具注塑塑料零件卻面臨挑戰(zhàn)码承，對(duì)塑料模具頂針的數(shù)量與安裝位置需要額外小心凄跑。

在增加模腔壁厚和降低壓力方面，塑料模具(尤其是高注塑溫度)在某種程度上更為靈活城离。澆口的設(shè)計(jì)也不同炭刺，應(yīng)當(dāng)避免使用隧道式和點(diǎn)狀澆口。直接澆口那惜、扇形澆口算行、翼形澆口應(yīng)該增加到正常尺寸的3倍。

打印模具內(nèi)聚合物的流動(dòng)方向應(yīng)該與3D打印線(xiàn)一致苫耸，避免粘滯和低壓引起的高填充州邢。冷卻系統(tǒng)可在一定程度上提高模具的壽命，但不會(huì)明顯降低打印模具的循環(huán)次數(shù)褪子，因?yàn)樗芰夏＞叩纳崮芰Σ幌皲X牧刻剩或鋼模那么好。

時(shí)機(jī)

盡管快速鋁模具有很多優(yōu)勢(shì)嫌褪，有些情況下3D打印模具仍會(huì)發(fā)揮重要作用呀枢。對(duì)于有3D打印機(jī)、且有足夠時(shí)間探索打印模具如何在注塑機(jī)上工作的廠(chǎng)家笼痛，也許他們認(rèn)為應(yīng)該直接打印模具裙秋。

當(dāng)然，模具設(shè)計(jì)師必須理解如何制作功能模具缨伊，模具的重新設(shè)計(jì)與制作要花費(fèi)大量成本摘刑。相關(guān)的技術(shù)人員與設(shè)備也很必要——模具噴砂的機(jī)械工人、頂針安裝、注塑機(jī)操作員等枷恕，因?yàn)檫@些參數(shù)的設(shè)置與傳統(tǒng)模具有很大的不同佩嘀。

但是等等——為什么不用DMLS?為什么不直接打印金屬模具?DMLS使用激光和精密光學(xué)器件在細(xì)小金屬粉末床上逐層“畫(huà)”零件，生產(chǎn)的完全致密的商業(yè)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空遵艰、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域沫杜。有些人預(yù)測(cè)未來(lái)鋁和模具鋼材料的模具也許將直接打印，能提供超高效的隨形冷卻水道电摔，將大量減少注塑時(shí)間垛岛，延長(zhǎng)模具使用壽命。某種程度上辱闺，DMLS直接打印模具速度慢且昂貴翠笛，通常只用于非常小、復(fù)雜的模具狈榛，或則加工那些通過(guò)傳統(tǒng)機(jī)加工方法很難制造的模具嵌入物。

實(shí)測(cè)可靠

總的來(lái)說(shuō)故咽，ProtoLabs認(rèn)為最好使用DMLS纽他、SLA或其他3D打印工藝做他們擅長(zhǎng)的事：打印零件而不是模具。但是化刻，如果滿(mǎn)足以下條件像捶，3D打印注塑模具會(huì)是個(gè)可靠的替代。

1)小批量且相對(duì)簡(jiǎn)單的零件桩砰，產(chǎn)品需要比較大的拔模角度拓春。

2)工具與模具設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)要對(duì)3D打印模具的設(shè)計(jì)原則很熟悉。

3)有加工和裝配塑料模具的人員和設(shè)備亚隅。

最終設(shè)計(jì)考慮因素硼莽。如果你需要模具長(zhǎng)期使用，一旦3D打印模具驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性煮纵，下一步就是采用更為永久的材料制作模具懂鸵，比如鋁或者不銹鋼，因?yàn)樗芰夏＞咧饕∨慨a(chǎn)品生產(chǎn)使用行疏。由于3D打印模具和傳統(tǒng)模具的設(shè)計(jì)不同匆光，項(xiàng)目時(shí)間和預(yù)算上要考慮一定次數(shù)的模具重設(shè)計(jì)和測(cè)試

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