隨著3D打印技術(shù)在汽車钳榨、航空航天狂芋、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域的悄然興起州藕，較多業(yè)內(nèi)人士對其發(fā)展有不同的見解束世。本文通過對比3D打印模具與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，客觀地分析了3D打印技術(shù)對模具制造技術(shù)的影響，并提出了3D打印技術(shù)與模具制造技術(shù)融合互補(bǔ)的思路毁涉。

1沉帮、引言

3D打印（3Dprinting）技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造“減材加工”技術(shù)相比薪丁，它是“增材加工”技術(shù)遇西，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)严嗜，利用激光束粱檀、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末漫玄、塑料牙饲、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型成為實(shí)體產(chǎn)品猬笑。目前舀鼎，主要的3D打印技術(shù)有熱熔堆積成（FusedDepositionModeling,FDM）、光固化成型（StereolithigraphyApparatus,SLA）呜颓、三維粉末粘接成型（ThreeDimensionalPrintingandGluing,3DP）园桑、選擇性激光燒結(jié)成型（SelectingLaserSintering,SLS）等，就現(xiàn)狀而言候摹，能適用于金屬制造業(yè)的也只有3DP和SLS塔端。

2、3D打印技術(shù)與模具制造技術(shù)在生產(chǎn)過程中的異同分析

3D打印技術(shù)和模具制造技術(shù)在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的目的都是將原材料加工成實(shí)體的零件她添，但在整個(gè)生產(chǎn)過程中存在著較多的不同∶胶現(xiàn)以圖1所示零件的加工過程為例，對比分析兩種加工方式的異同屎洒。

圖1軸承零件圖

2.13D打印技術(shù)制造過程

3D打印技術(shù)制造模具過程主要通過接單分析舒贼、軟件設(shè)計(jì)造型、轉(zhuǎn)換打印3個(gè)步驟虑稼。主要工作原理如下：首先根據(jù)零件圖通過計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)將模型造型出來琳钉，如圖2所示，再用相應(yīng)的軟件通過斷層掃描把零件的三維造型切成無數(shù)疊加的片蛛倦，一片一片的打印槽卫，然后疊加在一起成為一個(gè)立體物體的過程。以3DP打印為例胰蝠，其工作原理如圖3所示，先撒布一層打印用的粉末材料震蒋，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域茸塞，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷循環(huán)重復(fù)鋪撒粉末材料钾虐、噴涂噪窘、粘接的過程，層層疊加效扫，獲得最終打印出來的零件倔监。與傳統(tǒng)的制造工藝相比，這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝计侯、不需要龐大的機(jī)床帝畸、不需要眾多的人力，其生產(chǎn)周期短傻当，節(jié)省加工材料邀安。

2.2傳統(tǒng)模具制造過程

傳統(tǒng)模具制造過程在接單后還需對接單項(xiàng)目進(jìn)行評審，評審過關(guān)后制定生產(chǎn)進(jìn)度表堤型，然后進(jìn)行3D軟件修正扬瘸、模流分析、分型線及進(jìn)料點(diǎn)確定教物，最后反饋給客戶定稿乌骇，客戶滿意后才能確定制造用的零件圖，才可以準(zhǔn)備加工流程糊争，其加工流程如圖4所示序摔。從加工流程可見，采用傳統(tǒng)的模具制造過程加工出一個(gè)合格的模具所需要的人力稍记、物力較多巩恼，生產(chǎn)周期較長。

3靠抑、3D打印技術(shù)的優(yōu)越性

通過設(shè)計(jì)量九、生產(chǎn)過程的比較，3D打印技術(shù)作為時(shí)下最熱火的制造業(yè)前沿技術(shù)颂碧，其優(yōu)越性顯而易見荠列。

（1）3D打印技術(shù)在生產(chǎn)過程中能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)材料“零”浪費(fèi)。3D打印技術(shù)的生產(chǎn)過程是根據(jù)零件的三維設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層打印载城，與傳統(tǒng)的“減材”加工相比肌似，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)材料的“零”浪費(fèi)。

（2）3D打印技術(shù)可以加快產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度诉瓦。3D打印技術(shù)改變了設(shè)計(jì)者的思維方式川队，他們會根據(jù)零件承重、受力部位的不同進(jìn)行思考睬澡。就如我國正在進(jìn)行起降訓(xùn)練的殲15固额，其整個(gè)前起落架都由3D打印技術(shù)打印出來的，有專家分析，3D打印技術(shù)將彌補(bǔ)我國殲20發(fā)動(dòng)機(jī)的不足斗躏，從而加快我國國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)的尖端技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度逝慧。

（3）3D打印技術(shù)可以大大縮短生產(chǎn)周期。3D打印技術(shù)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)父森，省去了傳統(tǒng)加工過程中工藝設(shè)計(jì)與求證的過程保跨，縮短了生產(chǎn)周期，并能根據(jù)市場需求秽烫，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)批量强媚。

（4）3D打印技術(shù)可以大量減少設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中的人力資源枷澜。

4脓额、3D打印技術(shù)短期內(nèi)無法替代傳統(tǒng)模具制造技術(shù)的原因分析

圖2軸承三維造型圖

圖33DP打印軸承工作原理圖

圖4傳統(tǒng)模具制造過程

3D打印是近幾年的熱門話題，3D打印在制造業(yè)的發(fā)展是我院“3D打印在機(jī)械制造中的發(fā)展與應(yīng)用”科研小組近幾年研究的課題跷缀。通過實(shí)地考查以及實(shí)際操作搬混，3D打印節(jié)約原材料、減少人力以及能設(shè)計(jì)就能加工等優(yōu)點(diǎn)讓人驚嘆那捍。促進(jìn)3D打印技術(shù)快速且廣泛用于制造業(yè)成為研究的主要課題之一拾点。在研究過程中找出了3D打印技術(shù)從開始研發(fā)至今仍不能完全替代傳統(tǒng)模具制造技術(shù)原因。

（1）3D打印模具的零件尺寸受限槐滔。去年華中科技大學(xué)史玉升教授的團(tuán)隊(duì)成功研制出1.2×1.2m的3D打印機(jī)勃痴，這在當(dāng)時(shí)是世界加工面積最大的設(shè)備。2013年大連理工大學(xué)教授姚山及其團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10多年時(shí)間热康，成功研制了工作面尺寸達(dá)到1.8×1.8m級的激光3D打印機(jī)沛申，其技術(shù)刷新了世界最大3D打印機(jī)記錄，但這些設(shè)備仍不能滿足工業(yè)上大型模具的制造姐军。如何解決3D打印大型模具的技術(shù)難題是目前需要解決的問題铁材。

（2）3D打印模具的力學(xué)性能難保證。

力學(xué)性能是零件的重要參數(shù)奕锌，為零件的選材著觉、設(shè)計(jì)、失效及分析惊暴、使用和壽命提供了主要依據(jù)饼丘。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，由于材料失效所造成的經(jīng)濟(jì)損失約占發(fā)達(dá)國家年產(chǎn)總值（GDP）的4%辽话，其中航空工業(yè)材料失效又占材料失效的5%肄鸽，可見零件力學(xué)性能的重要性。為此油啤，傳統(tǒng)的數(shù)控切削加工為了保證零件的力學(xué)性能讥捧，在生產(chǎn)過程中較多的時(shí)間是在對零件進(jìn)行時(shí)效娶恕、熱處理等相關(guān)工作。而3D打印技術(shù)卻不能完成這些工作锤楷，從而打印出的零件的力學(xué)性能較難保證。如何找到更好的3D打印原材料垄坡、如何改進(jìn)3D打印技術(shù)间皮、如何結(jié)合金屬熱處理等技術(shù)提高3D打印模具的強(qiáng)度、韌性琼葫、表面硬度罩音，是3D打印急需解決的難題。

（3）3D打印技術(shù)可使用的材料種類較少蚯巍、能提供打印材料的供應(yīng)商有限试旬。

傳統(tǒng)制造業(yè)所用材料的種類繁多，同一形狀的零件因使用部位不同浅涛，考慮到經(jīng)濟(jì)及其他因數(shù)注寥，所使用的材料大不相同。而目前我國的3D打印材料依賴進(jìn)口恤锣，而掌握最多打印材料的以色列Object公司也只使用14種基本材料，107種混搭材料马昙，這些材料中能用于工業(yè)的就更少了桃犬。3D打印技術(shù)在打印零件時(shí)就不能因零件使用要求選材，從而提升了制造成本行楞。

5攒暇、3D打印技術(shù)與模具制造技術(shù)相容互補(bǔ)的前景分析

目前，針對3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)加工技術(shù)存在的不足和優(yōu)勢讓它們相容互補(bǔ)是目前3D打印技術(shù)發(fā)展的方向子房。例如形用，企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可以用3D打印技術(shù)制造樣品池颈，傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)尾序。因?yàn)檫@樣不僅可以去除傳統(tǒng)模具制造先做模具，通過模具制造出樣品躯砰，再進(jìn)行多次修改每币，最后制作出滿意的樣品的步驟，還可以讓傳統(tǒng)制造的批量生產(chǎn)彌補(bǔ)3D打印速度慢琢歇、制作終端產(chǎn)品成本高的劣勢峰遇，從而加快了產(chǎn)品上市的時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效率拭牌。

此外還應(yīng)著手分析工業(yè)材料生產(chǎn)方法并結(jié)合傳統(tǒng)制造中速熔連接技術(shù)篡前，開發(fā)出用于工業(yè)生產(chǎn)户克、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的3D打印材料。

在機(jī)床生產(chǎn)上面應(yīng)思考將3D打印機(jī)與數(shù)控機(jī)床合二為一泡愉，設(shè)計(jì)出高科技输僻、多功能的新型制造機(jī)床。

6锄灾、結(jié)束語

3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)都存在優(yōu)勢和劣勢春庇，目前3D打印技術(shù)還不能替代傳統(tǒng)制造技術(shù)。為此只有通過探索覆霹、研究取兩技術(shù)之長處來推動(dòng)制造業(yè)的高速發(fā)展猜逮。

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