摘 要：近年來，3D打印市場如火如荼，在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大的作用，尤其是在產(chǎn)品制造方面。隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和普及，必將會沖擊以模具制造為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條。文章通過對比3D打印成型技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，客觀地分析了3D打印成型技術(shù)對模具制造技術(shù)的沖擊。

關(guān)鍵詞：3D打??；模具制造；沖擊

1 概述

3D打印技術(shù)（增材制造技術(shù)）是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)物的新興制造技術(shù)。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。3D打印技術(shù)綜合了信息技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多領(lǐng)域的前沿技術(shù)，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。

傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)是在接單后還需對接單項(xiàng)目進(jìn)行評審，在確定了開發(fā)要求及工藝路線后，開始模具設(shè)計(jì)。加工之前需要按照設(shè)計(jì)的圖紙備料。接著是粗加工，最后是試模驗(yàn)證。其加工流程如圖1所示。采用傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)制造加工出一個合格的模具所需要的人力、物力較多，生產(chǎn)時間也較長。

2 3D打印制造模具的優(yōu)點(diǎn)

3D打印成型技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造業(yè)的最大區(qū)別在產(chǎn)品成型的過程上。在傳統(tǒng)的模具制造業(yè)中，模具制造一般需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。而3D打印則免去了那些復(fù)雜的過程，不用模具，一次成型?？梢怨?jié)約很多成本。還可以克服一些傳統(tǒng)制造上無法達(dá)成的設(shè)計(jì)，從而制作出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模具。

2.1 模具生產(chǎn)周期縮短

3D打印模具縮短了整個產(chǎn)品開發(fā)周期，并成為驅(qū)動創(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，公司有時會選擇推遲或放棄產(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。

2.2 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)。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)品的缺陷更少。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。

2.3 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打印的個性化器械，比如，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)時間。

3 3D打印成型技術(shù)對模具制造技術(shù)的沖擊

工業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常快，一個新產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，如果沒有銷路，那就得不償失。傳統(tǒng)模具制造技術(shù)開發(fā)一套模具需要幾十萬，甚至幾百萬元。而利用3D打印技術(shù)，可以把產(chǎn)品先開發(fā)出來，直接打印。使用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于可以大大縮短生產(chǎn)的周期、節(jié)約生產(chǎn)成本。比如，一套手機(jī)模具，采用傳統(tǒng)的制造技術(shù)，須經(jīng)過大約12個工作日才能完成，有時還會造成材料的浪費(fèi)。但利用3D打印技術(shù)幾個小時就可以完成，而且還具有高精密度的特點(diǎn)，這樣就能夠不斷提高市場競爭力，在發(fā)展中搶得先機(jī)。

3D打印的優(yōu)勢很明顯：可免除制造刀具、夾具和模具的過程，直接進(jìn)行產(chǎn)品加工，解決了生產(chǎn)工藝難以解決的問題，還節(jié)約材料、縮短時間。

4 3D打印成型技術(shù)短期內(nèi)無法替代傳統(tǒng)模具制造技術(shù)

3D打印誕生近三十年了，但產(chǎn)業(yè)化遠(yuǎn)未形成。雖然3D打印名氣很大，但到今天還處于科普階段。3D打印作為一項(xiàng)前沿的、先導(dǎo)性較強(qiáng)的技術(shù)，可以滿足個性化、定制化、復(fù)雜、高難度產(chǎn)品的需求，但不具有批量化、規(guī)?；膬?yōu)勢。

4.1 傳統(tǒng)工業(yè)的成熟給3D打印制造門檻

傳統(tǒng)工業(yè)大生產(chǎn)在過去200多年可以說非常成功，發(fā)展到今天，分工也非常細(xì)，配套非常充沛，可以說是環(huán)環(huán)相扣，形成了巨大的利益攸關(guān)體，形成了巨大的慣性。如果要打破這種慣性，成本非常高。這些3D打印無論是顛覆或者融入，門檻都特別高。

4.2 目前3D打印不適合批量生產(chǎn)

3D打印目前并不適合批量生產(chǎn)，例如3D打印技術(shù)生產(chǎn)1件產(chǎn)品和生產(chǎn)1萬件產(chǎn)品的成本單價基本接近，而且3D打印需要更長的時間。一個噴頭就對應(yīng)生產(chǎn)一個產(chǎn)品，而且產(chǎn)品體積大了，成型速度幾何性降低，幾個小時才成型一個東西，粗糙度不滿足，還要打磨，還要精加工。傳統(tǒng)模具制造技術(shù)在我國大批量生產(chǎn)中占據(jù)明顯的優(yōu)勢，在非批量、精密要求不是很高的產(chǎn)品制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)模具制造暫時不具備替代性。

4.3 3D打印技術(shù)的材料種類較少，而且價格較貴

盡管現(xiàn)在已有幾百種材料能夠被3D打印，但是高溫塑料和一部分常用金屬依舊不能被打印。尤其金屬由于熱處理的問題，很容易出現(xiàn)打印后變性的問題，現(xiàn)場EOS的代表提出的比如invar，就不能被打印，而這個材料在航空發(fā)動機(jī)中卻是相當(dāng)重要的材料。而且國內(nèi)有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少，特別是金屬材料主要依賴進(jìn)口，價格高。

4.4 3D打印技術(shù)的速度、效率、質(zhì)量還有待提高

3D打印本身的技術(shù)原理就決定了制造精度和制造速度存在矛盾。3D打印是一層層來制作物品。如想提高打印精度就得增加打印層數(shù)，但是自然而然地降低了打印速度。而提高速度的話就會有精度問題：因?yàn)?D打印采用的是逐層堆積制造的方式，這種方式本身就存在“階梯效應(yīng)”，特別是所制造工件表面曲度較大的時候，階梯效應(yīng)就尤為明顯，這會影響工件的精度。

3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)都存在優(yōu)勢和劣勢，目前3D打印技術(shù)還不能替代傳統(tǒng)制造技術(shù)。從長遠(yuǎn)來看，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，未來打印效率不斷的提高及生產(chǎn)成本的降低，3D技術(shù)對模具行業(yè)的影響將不容小覷。

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