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3D打印 助力模具制造行業(yè)
模具行業(yè)的快速發(fā)展，使得中國(guó)制造一直走在世界的前列，模具生產(chǎn)量也處于世界第三的地位，但是隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展。模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，主要表現(xiàn)為大型、精度、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)的總體發(fā)展速度；越來越注重向 制造技術(shù)水平高，復(fù)雜程度深、精密度高，技術(shù)含量硬的高檔次模具市場(chǎng)方向發(fā)展。
CNC加工是在制造模具時(shí)最常用的技術(shù)。雖然它能夠提供高度可靠的結(jié)果，但同時(shí)也非常昂貴和耗時(shí)。所以很多模具制造企業(yè)也開始尋找更加有效的替代方式。通過增材層制造制作模具也就成了一個(gè)更加具有吸引力的方法，特別是因?yàn)槟＞咭话愣紝儆谛∨可a(chǎn)而且形狀都比較復(fù)雜，很適合3D打印來完成。
如今，3D打印和各種打印材料（塑料、橡膠、復(fù)合材料、金屬、蠟和砂）已經(jīng)給許多行業(yè)，如汽車，航空航天，以及醫(yī)療保健和醫(yī)療等，帶來了很大的便利，很多企業(yè)都在其供應(yīng)鏈里集成了3D打印，這其中也包括模具制造。
那么模具制造能夠從3D打印技術(shù)上得到什么好處嗎？
其實(shí)模具制造的以下幾個(gè)環(huán)節(jié)是能夠用到3D打印技術(shù)的：
• 成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、紙漿模具、可溶性模芯、玻璃鋼模具等等）
• 鑄模（熔模、砂模、旋壓等...）
• 成型（熱成型，金屬液壓成型等...）
• 機(jī)械加工、裝配和檢驗(yàn)（固定夾具、移動(dòng)夾具、模塊化夾具等...）
機(jī)器人末端執(zhí)行器（夾手）
用3D打印制造模具有許多優(yōu)點(diǎn)：
1）模具生產(chǎn)周期縮短
3D打印模具縮短了整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期，并成為驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的源頭。在以往，由于考慮到還需要投入大量資金制造新的模具，公司有時(shí)會(huì)選擇推遲或放棄產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更新。通過降低模具的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，以及使現(xiàn)有的設(shè)計(jì)工具能夠快速更新，3D打印使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換和改善。它能夠使模具設(shè)計(jì)周期，跟得上產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的步伐。
此外，有的公司自己采購(gòu)了3D打印設(shè)備以制造模具，這樣就進(jìn)一步加快了產(chǎn)品開發(fā)的速度，提高了靈活性/適應(yīng)性。在戰(zhàn)略上，它提升了供應(yīng)鏈御防延長(zhǎng)期限和開發(fā)停滯風(fēng)險(xiǎn)的能力，比如從供應(yīng)商那里獲得不合適的模具。
2）制造成本降低
如果說當(dāng)下金屬3D打印的成本要高于傳統(tǒng)的金屬制造工藝的成本，那么成本的削減在塑料制品領(lǐng)域更容易實(shí)現(xiàn)。
金屬3D打印的模具在一些小的、不連續(xù)的系列終端產(chǎn)品生產(chǎn)上具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)（因?yàn)檫@些產(chǎn)品的固定費(fèi)用很難攤銷），或者針對(duì)某些特定的幾何形狀（專門為3D打印優(yōu)化的）更有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。尤其是當(dāng)使用的材料非常昂貴，而傳統(tǒng)的模具制造導(dǎo)致材料報(bào)廢率很高的情況下3D打印具有成本優(yōu)勢(shì)。
此外，3D打印在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)制造出精確模具的能力也會(huì)對(duì)制造流程和利潤(rùn)產(chǎn)生積極的影響。 尤其是當(dāng)生產(chǎn)停機(jī)和/或模具庫存十分昂貴的時(shí)候。
最后，有時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)開始后還要修改模具的情況。3D打印的靈活性使工程師能夠同時(shí)嘗試無數(shù)次的迭代，并可以減少因模具設(shè)計(jì)修改引起的前期成本。
3）模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性。
通常，金屬3D打印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結(jié)構(gòu)并能產(chǎn)生完全致密的打印部件，與那些鍛造或鑄造的材料（取決于熱處理和測(cè)試方向）相比其機(jī)械和物理性能一樣或更好。增材制造為工程師帶來了無限的選擇以改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)。當(dāng)目標(biāo)部件由幾個(gè)子部件組成時(shí)，3D打印具有整合設(shè)計(jì)，并減少零部件數(shù)量的能力。這樣就簡(jiǎn)化了產(chǎn)品組裝過程，并減少了公差。
此外，它能夠整合復(fù)雜的產(chǎn)品功能，使高功能性的終端產(chǎn)品制造速度更快、產(chǎn)品德缺陷更少。例如，注塑件的總體質(zhì)量要受到注入材料和流經(jīng)工裝夾具的冷卻流體之間熱傳遞狀況的影響。 如果用傳統(tǒng)技術(shù)來制造的話，引導(dǎo)冷卻材料的通道通常是直的，從而在模制部件中產(chǎn)生較慢的和不均勻的冷卻效果。
而3D打印可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的冷卻通道，以確保實(shí)現(xiàn)隨形的冷卻，更加優(yōu)化且均勻，最終導(dǎo)致更高質(zhì)量的零件和較低的廢品率。此外，更快的除熱顯著減少了注塑的周期，因?yàn)橐话銇碚f冷卻時(shí)間最高可占整個(gè)注塑周期的70％。
4）優(yōu)化工具更符合人體工學(xué)和提升最低性能
3D打印降低了驗(yàn)證新工具（它能夠解決在制造過程中未能滿足的需求）的門檻，從而能夠在制造中投入更多移動(dòng)夾具和固定夾具。傳統(tǒng)上，由于重新設(shè)計(jì)和制造它們需要相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用和精力，所以工具的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的裝置總是盡可能地使用更長(zhǎng)的時(shí)間。隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)可以隨時(shí)對(duì)任何工具進(jìn)行翻新，而不僅限于那些已經(jīng)報(bào)廢和不符合要求的工具。
由于需要很小的時(shí)間和初始成本，3D打印使得對(duì)工具進(jìn)行優(yōu)化以獲得更好的邊際性能變得更加經(jīng)濟(jì)。于是技術(shù)人員可以在設(shè)計(jì)的時(shí)候更多地考慮人體工學(xué)，以提高其操作舒適性、減少處理時(shí)間，以及更加方便易用易于儲(chǔ)存。雖然這樣做有可能只是減少了幾秒鐘的裝配操作時(shí)間，但是架不住積少成多。此外優(yōu)化工具設(shè)計(jì)，也可以減少零件的廢品率。
5）定制模具幫助實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化
更短的生產(chǎn)周期、制造更為復(fù)雜幾何形狀、以及降低最終制造成本的能力，使得企業(yè)能夠制造大量的個(gè)性化工具來支持定制部件的制造。3D打印模具非常利于定制化生產(chǎn)，比如醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療行業(yè)。它能夠?yàn)橥饪漆t(yī)生提供3D打印的個(gè)性化器械，如外科手術(shù)導(dǎo)板和工具，使他們能夠改善手術(shù)效果，減少手術(shù)時(shí)間。
