陳黎明+胡智清+劉少華

摘要：目前，產(chǎn)品的制造主要依賴于模具的制造技術(shù)，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需模具加工。模具制造提高了生產(chǎn)速率，為產(chǎn)品的快速更新創(chuàng)造了條件。但模具制造也有一定的局限性。模具設(shè)計水平的高低、加工設(shè)備的好壞、制造力量的強(qiáng)弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣，都會影響新產(chǎn)品的開發(fā)和舊產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？紤]到市場風(fēng)險的影響，模具的加工必須保證一定量的生產(chǎn)，才能降低產(chǎn)品的成本。3D打印技術(shù)是增材制造（additivemanufacturing，AM）技術(shù)的俗稱，與傳統(tǒng)的制造方法相互補(bǔ)充。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)有了重大的改革和突破。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；模具制造；應(yīng)用

中圖分類號：TP33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，通過對本地區(qū)企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前制造企業(yè)由于技術(shù)、成本等各方面的要求，對于模具的生產(chǎn)制造已經(jīng)逐步向低成本高效率邁進(jìn)。模具技術(shù)人才是掌握模具材料成型工藝與模具設(shè)計、CAD/CAE/CAM技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等多門類技術(shù)的復(fù)合型人才?，F(xiàn)階段模具設(shè)計與制造專門人才采取的都是基于CAD/CAM/CAE技術(shù)，通過數(shù)字化制圖，模具的數(shù)字化設(shè)計，模具的數(shù)字化分析仿真，產(chǎn)品成形過程模擬，然后通過機(jī)床的數(shù)控加工，完成模具的生產(chǎn)。

1 3D打印及其原理

3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采用離散材料，通過逐層堆疊累加原理制造實體零件的技術(shù)。它將材料一次性熔聚成型，自下而上材料累加的制造工藝，改變了傳統(tǒng)去處材料和利用模具加工的模式，從而帶來了制造工藝和生產(chǎn)模式的變革。該技術(shù)融合了數(shù)字技術(shù)、新材料技術(shù)、激光技術(shù)、計算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動等技術(shù)，發(fā)展成多學(xué)科交叉的一種先進(jìn)制造技術(shù)，3D打印包括數(shù)據(jù)處理和制作兩個過程。數(shù)據(jù)處理過程利用三維計算機(jī)輔助設(shè)計數(shù)據(jù)，將三維圖形分切成薄層，完成將三維數(shù)據(jù)分解為二維數(shù)據(jù)的過程，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印；制作過程中，打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，將這些薄層逐層地打印出來，再采用不同方法將薄層按序疊加，實現(xiàn)二維薄層到三維實體的制造過程。這種三維設(shè)計—二維打印—三維實體的制造思想，改變了傳統(tǒng)的制造模式。

2 3D打印技術(shù)特點(diǎn)

3D打印技術(shù)的應(yīng)用會隨著時間的推移而發(fā)揮更大的作用，成為促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)升級的方法之一。該技術(shù)主要有三個特點(diǎn)，生產(chǎn)周期短，復(fù)雜模型成型快，制造精度高。3D打印技術(shù)可以縮短生產(chǎn)周期，簡化生產(chǎn)步驟，省略了傳統(tǒng)制造業(yè)中的一些加工程序，從設(shè)計到成品的全過程都可以在計算機(jī)中完成，大大提高生產(chǎn)效率。同時，3D打印機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)品可以不考慮目標(biāo)產(chǎn)品的復(fù)雜程度，直接對復(fù)雜模型進(jìn)行制作。該技術(shù)在制作產(chǎn)品曲面中有不可替代的優(yōu)勢。此外，制造精度較高的產(chǎn)品中，3D技術(shù)制造后的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到更高的精度，包括尺寸、形狀和位置精度等，這也是模具加工行業(yè)沒有的亮點(diǎn)。

3 3D打印技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用

3.1 職業(yè)模具開設(shè)3d打印技術(shù)課程的實施

3.1.1課程的制定

當(dāng)前模具專業(yè)在職業(yè)是屬于機(jī)械類大專業(yè)，作為機(jī)械專業(yè)的衍生專業(yè)，其開設(shè)的課程包含機(jī)電專業(yè)的相關(guān)課程。主要內(nèi)容包括：機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計與基礎(chǔ)、冷沖模設(shè)計與制造、注塑模設(shè)計與制造、數(shù)控技術(shù)與編程、模具加工機(jī)械、電工與電子技術(shù)、液壓與氣動傳動、金屬切削原理、機(jī)械CAD/CAE/CAM等。在此基礎(chǔ)上增設(shè)專業(yè)核心課程：3D打印技術(shù)概論、快速成型技術(shù)與應(yīng)用、3D測量與逆向工程技術(shù)、3D打印綜合技能實訓(xùn)等。

3.1.2培養(yǎng)目標(biāo)的修改

當(dāng)前《江蘇省中等職業(yè)學(xué)校模具專業(yè)課標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定模具專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)：具有本專業(yè)必需的自然科學(xué)、社會科學(xué)和管理科學(xué)知識；掌握計算機(jī)基礎(chǔ)知識、必要的網(wǎng)絡(luò)知識、常用軟件知識；具有基本的機(jī)械基礎(chǔ)知識；具有本專業(yè)必需的機(jī)械設(shè)計理論基礎(chǔ)知識、模具材料及成形工藝、模具設(shè)計與制造專業(yè)知識；掌握模具CAD/CAE/CAM基礎(chǔ)知識；具有必要的模具維修基礎(chǔ)知識。

3.2 快速模具技術(shù)

1）直接制造軟質(zhì)模具

1.選區(qū)激光燒結(jié)砂模

砂模可直接由選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)加工完成。激光的能量使高分子粘結(jié)劑熔化，粘結(jié)沙礫。這種方法獲得的砂模，其鑄造的金屬件的精度與表面粗糙度與由傳統(tǒng)的方法制造的砂模鑄造件性能相似。

1.光固化復(fù)合材料制模

這種方法是把鋁粉與環(huán)氧樹脂混合為原料，然后光固化形成模具。相對于DirectAIM制模法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是提高了模具強(qiáng)度。為了進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)能力，可往混合材料中加入金屬鋁粒，這樣大大縮短了制模時間。這種制模方法的優(yōu)點(diǎn)就是提高了模具的熱傳導(dǎo)能力，減少了制模時間。

2）間接制造軟質(zhì)模具

1.硅橡膠澆鑄法

硅橡膠澆鑄的模具具有良好的柔性和彈性，能制作出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，通常用于功能性塑料、金屬和陶瓷零部件的制造。硅橡膠模具有以下優(yōu)勢：①硅橡膠型腔能分辨出母模的微小細(xì)節(jié)，模具精度高；②可減少回程問題（也就是沖模鎖死或零件不能從模具里面取出來）。

2.金屬噴涂法

該方法以3D打印原型作為母模，將低熔點(diǎn)金屬或合金噴涂到母模表面上形成金屬薄殼，然后背襯填充復(fù)合材料來制模具的方法。此方法能快速地生產(chǎn)鑄模，鑄?？捎脕砑庸ひ恍?biāo)準(zhǔn)零件。金屬噴涂的過程是用便攜式噴槍完成的。電弧在兩根金屬絲之間，把金屬絲熔化成小液滴。壓縮空氣把小液滴吹到模型表面，形成大約0.5mm的金屬層。

3.樹脂澆鑄法

樹脂澆鑄法和硅橡膠澆鑄法相似，首先將母模放置在砂箱里，用塑料土標(biāo)出母模的分割標(biāo)識線；然后將樹脂倒入母模，浸潤母模到標(biāo)識線。樹脂中可混入鋁粉或金屬小顆粒，其目的是提高模具的力學(xué)和熱學(xué)性能。硅橡膠模具適用于小批量生產(chǎn)，如果制品數(shù)量較大時，則可用注塑模、吸塑模及聚氨酯發(fā)泡成形模等。

4 結(jié)束語

綜上所述，模具制造行業(yè)和3D打印技術(shù)都在飛速地發(fā)展，兩者相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)。國際模協(xié)會秘書長認(rèn)為，在未來3D打印機(jī)可以完成三成的工業(yè)產(chǎn)品，剩下的七成還是需要有模具生產(chǎn)制造出來。同時，3D技術(shù)與逆向工程及測量工程有機(jī)聯(lián)合在一起，可以促進(jìn)模具制造領(lǐng)域的技術(shù)更新，不斷攻克3D打印技術(shù)現(xiàn)存的技術(shù)難題，使得3D打印技術(shù)在模具研發(fā)設(shè)計和制造中有更廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳興龍，陶士慶，李志奎，孫靜，董湘茹.3D打印技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械工程師，2016，01：174-176.

[2]厲成龍，馮楨.3D打印技術(shù)在現(xiàn)代模具制造中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2015，05：275-276.