陈泽波
晋城技师学院
摘要：随着经济社会的快速发展，我国3D打印技术也得到了一定发展，并且在各个领域，行业都发挥了其作业，越来越多的人也逐渐意识到3D打印技术的重要性。同时，随着时代的不断发展与技术的不断进步，我国模具制造行业中传统的制造技术已经难以真正适应社会的发展要求，因此就需要及时进行转变与升级，选择更加合适的技术去进行模具制造。在此背景下，3D打印技术对模具制造技术产生了较大影响，只有更好的进行影响分析，才能够发掘3D打印技术在模具制造应用的优势与缺点。基于此，本文首先介绍了3D打印技术及传统模具制作原理，其次分析了3D打印技术在模具制造中的应用。最后分别分析了3D打印技术对模具制造技术的积极影响与消极影响。以此来供相关人士参考与借鉴。
关键词：3D打印技术；模具制造技术；影响分析
引言：
3D打印技术为一种快速铸模技术，且其使用的材料大多为塑料类型的可粘合材料，在实现新物体铸造时需要经过累积打印的方式进行。在以往3D打印技术主要在设计领域发挥着重要作用，打印过程不能离开三维设计与数字技术打印机，通过不断堆积来达成一定的形状，从而达到替代产品的效果。随着信息科学技术的不断发展，3D打印机术的应用范围也越来越广泛。不仅仅简单的应用于工业设计、建模、航空航天、珠宝设计等方面，还逐渐深入教育领域与建筑行业，发挥了其重要作用。同时，在工业制造中3D打印技术主要采取两种方式进行：选择性激光烧结成型与三维粉末粘结成型，对于促进模具制作技术水平的提升有着重要意义。
一、3D打印技术及传统模具制作原理
（一）3D打印技术原理
三维粉末粘接成型、熔融快速成型与光固化成型为3D打印技术中较为普遍的类型。3D打印技术的原理在一定程度上可以类比于喷墨打印机，而区别主要是在使用材料与成型产品上。墨水是喷墨打印机使用得最为主要的材料，形成的产品也是二维平面类型的[1]。而3D打印机则主要使用一些金属粉末，树脂及塑料等可粘合材料，最后的成型产品也是三维立体物体。其中三维粉末粘接成型技术主要是将一些金属粉末通过喷嘴粘接成为目标产品的截面图形，通过层层叠加，最后累积形成目标物体。而光固化成型则是通过逐层扫描的方式来进行目标产品的固化，采用的材料也大多为热敏性材料。这一技术也是当前并用于机械器件打印的最为常见的3D打印技术。
（二）传统模具制作
传统模具的制造主要有以下几大阶段。第一，了解顾客对模具制造的需求，根据顾客需求进行图纸的设计，并在顾客的反馈意见上进行设计方案的优化。第二，根据图纸通过计算机进行3D设计，得出准确的数据参数，并确定使用的材料与方式。第三，将设计好的三维立体模具设计图纸将给相关模具生产企业进行加工，实现批量生产。在传统模具制造过程中，所需要耗费的人力、物力较大，也需要经历较长的时间设计，因此就会导致生产周期远远大于3D打印技术[2]。
二、3D打印技术在模具制造中的应用
在生产模具的过程中3D打印技术主要运用逆向工程思维，能够较好地解决当前传统模具制造中存在的一些问题。能够保证模型的形状复杂度与生产精确度，并且所需要的时间也大大缩减。在当前，通过3D打印技术与传统模具制造技术的融合，能够更好的推动模具生产任务的完成，发挥出两者的优势。在使用3D打印技术时，主要包含以下三大阶段：第一，在模具三维参数的确定时采用3D建模软件，更好的精确模具的尺寸，让模具的新状能够更加符合产品的要求，并在此基础上进行后期产品的大量制造[3]。第二，在3D打印技术使用时，还需要利用3D打印机的自动分层软件，通过软件来更好的分层归类3D模型，从而推动信息数据储存的准确性。一般来说，对于一些结构较为复杂，所需精度较高的产品，可以采取多次分层的方式，而对于一些对精度要求较低的产品，则可以为了加快打印速度而减少分层数量[4]。第三，将储存的数据提取到3D打印机中，选择合适的模具材料进行模具的生产，减少了不必要的资源材料浪费。
三、3D打印技术对模具制造技术的积极影响
（一）丰富产品发展方向
随着信息技术的不断发展，新型材料运用已成为模具制造的重要发展趋势，而在传统模具制造技术中使用的材料仍然为简单的金属与塑料，亲必须使用刀具、夹具与机床等仪器，这种较为单一的产品制造方式就难以适应未来发展要求。而通过3D打印技术，只需要利用计算机软件就能够实现三维图形于实体产品的转化。同时，由于3D打印技术仍然处于发展阶段，我国科研人员也正在不断完善该项技术，促进其向着多元化方向发展，因此也能够更好的去丰富产品未来发展方向。除此之外，通过3D打印技术制造的金属模具在性能上也比传统模具好，生产中出现的缺陷产品数量也大大减少，能够帮助模具提高其功能性，打造性能更优的模具[5]。
（二）缩减生产周期
3D打印技术在进行模具设计时主要采用三维立体构建方式，能够更好的进行实物模型的设计、调整与成型，且具有较高的运作效率，能够在较短的时间完成设计。在生产模具时，传统模具制作技术需要资金与时间的支持，且还要进行定期的检查，一旦发现质量问题，就要摒弃原先的设计图进行重新设计，这就大大增加了生产周期，不利用模具生产企业按时完成生产要求，导致经济效益的低下。而通过3D打印技术来进行生产能够保证设计的准确性，只需要进行前期检查即可保证产品质量，这就能够较好地减少生产周期，推动模具生产企业经济效益的最大化。
（三）减少生产成本
在使用3D打印技术时需要用到3D打印机，因此有着较高的前期购置设备的成本，但是这并不意味着模具生产总成本的增加。通过使用3D打印技术，能够更好的节约生产材料，对于一些生产材料较为昂贵的模具来说，一旦出现问题，就会导致生产材料的报废，让加工成本大大提高。而通过3D打印技术，能够更好的把证打印的精确度，在一定程度上降低了材料报废的风险。同时，在传统模具制造技术使用时，耗费的人力、物力较大，因此就会导致成本的上升。而通过3D打印技术的使用，能够大大增强模具生产的灵活性，进行更为准确的模具设计与制作，最后带来生产成本的减少，具有不可或缺的影响[6]。
（四）实现“零”浪费
随着经济社会的快速发展，人们的节约环保意识也得到了提高，越来越关注更加环保的生产方式与技术。而使用3D打印技术进行模具制造时，只需要添加经过仪器精确计算的材料重量与数目即可，这就在一定程度上实现了生产材料的“零”浪费。在传统模具制造中，为了更好的保证模具的完整性，一般都会选择比预期数目较多的模具材料。同时，由于环保意识的缺乏，也不能够将加工剩余材料进行二次加工，这就造成了生产材料的大面积浪费。由此可见，3D打印技术能够实现“零”浪费，顺应了国家可持续发展的要求[7]。
四、3D打印技术对模具制造技术的消极影响
（一）技术材料较少，种类单一
传统的制造行业所涉及到的材料种类颇多，不仅如此同一形状的零件也会因为其使用方式的不同产生细微的差距。考虑到经济效益以及其他因素企业在进行材料选择的过程当中具有选择性。这就意味着，如果想要采取3D打印机的技术进行材料的制作，就需要让3D打印机技术具有多样化材料处理能力，从而进一步保证其能够满足工业生产的更多要求。举例而言，作为掌握最多打印材料的以色列公司也只能够为3D打印机的材料生产提供14种最基础的原料，107种混搭性的材料，这些材料在工业使用当中所能够派上用处的范围相对而言仍旧较少。为了能够让3D打印技术在打印零部件时能够满足零件使用的更多需求，满足其在材质选择、制作规范方面的更多选择，需要进一步提升3D打印技术自身的技术能力。现阶段国内3D打印机所采用的材料往往会依赖于进口贸易，而国外可以使用的3D材料不管是从数量还是种类上都有很大的局限性。依赖于进口材料的现状，导致我国进一步加大了3D打印生产成本与进一步加大经济效益的目标产生了严重的偏差。尽管国外进口成本较高，但其3D打印技术所提供的材料筛选依旧十分严格，对于材料的高要求性特点，导致各类材料只能以更高的价格进行进口。无形之中就促成了3D打印的成本提高。不仅如此，我国3D打印技术的发展也受到了阻碍。
（二）难以保证3D打印模具的力学性能
力学性能作为打印机自身重要的零件参考数据之一，需要在零件选材、设计以及分析使用的过程当中为设计人员提供更多的参考依据。根据权威部门的统计分析，由于材料失效所造成的经济损失往往会占据发达国家发展总值的4%左右。这就意味着，如果在工业材料的生产过程当中，能够进一步减少材料的浪费，就能够加大其产业自身的经济效益。由于传统的数控切削加工进一步保证了零件力学性能，在生产的过程当中往往会耗费更多的时间对零件进行时效、热处理等工作[8]。如果3D打印技术不能够完成这一系列的工作，那么3D打印机所制作出来的零件，其力学性能也很难得到相应的保证。这也就意味着，3D打印机不仅不能够投入到工业生产的过程当中，还不能够为工业生产提高工作效率做出贡献。如何能够找到更好的3D打印原材料，从而改进3D打印技术，让3D打印技术能够在工作过程当中进一步结合金属热处理等技术，提高自身模具的强度、韧性以及其表面硬度是当前急需研究的难题[9]。
（三）限制了模具零件的尺寸
华中科技大学史玉升教授所带领的团队成功研制出了1.2x1.2m大小的3D打印机。这一3D打印机一经问事就成为了世界上最大面积的设备。在此之后，2013年，大连理工大学由姚山教授所带领的团队，历经十年成功打造出了工作尺寸为1.8x1.8m级别的激光3D打印机。这一3D打印机的出现进一步刷新了世界最大3D打印机的历史记录，但这些设备仍然不能够满足工业生产上大型模具的制作需求[10]。因此，3D打印机这一设备并不能够进投入到工业生产当中，为工业生产创造更多的价值。
（四）3D技术掌握人员较少
3D打印技术其兴起的时间虽然已经不短，但是其专业性的人才培养却相对而言起步较为落后。现阶段国内3D打印技术人才的培养与国外相比具有很大的差距。市场对这方面专业人才要求相对而言较高，且市场仍旧存在着大量人才缺口的现象。尤其是在3D打印技术的编程与新工艺的开发方面，存在着严重的人才断层现象。人才断层现象的出现，就意味着3D打印技术不能够达到可持续性发展的长期发展目标。在这样的基础之上，如果国内的各大高校不能够调整其自身的人才培养模式培养出更多3D打印技术的专业人才，那么我国的3D打印技术也很难得到进一步的发展。不言而喻，对于国内的研发需求而言，想要既得到进一步的推进，没有人才的支持是很难完成的。为了能够进一步解决人才断层的现状，从国外引进大量的3D打印技术专业人才是每个相关企业需要注重的。
五、结束语
综上所述，3D打印技术应用与模具制造技术中有着积极与消极两大影响。在一方面可以帮助丰富产品发展方向、缩短生产周期、减少生产成本与实现“零”浪费，从另一方面来说，3D打印技术对模具制造技术还存在消极影响，如：技术材料较少，种类单一、难以保证3D打印模具的力学性能、限制了模具零件的尺寸及3D技术掌握人员较少。由此可见，想要更好的推动3D打印技术在模具制造中的应用，就需要针对消极影响进行分析，并找到最为合适的解决方式，最后实现3D打印技术在模具制造中的应用。
参考文献：
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[4]杨振虎. 传统模具专业在3D打印技术应用新方向的建设研究[J]. 科学与信息化, 2019, 000(005):179-180.
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[6]刘珌卿. 模具制造中3D打印技术的应用研究[J]. 现代工业经济和信息化, 2019.
[7]刘珌卿. 模具制造中3D打印技术的应用研究[J]. 现代工业经济和信息化, 2019(8).
[8]肖婷, 刘坚. 模具制造中3D打印技术的应用研究[J]. 工业设计, 2019, 000(005):154-155.
[9]陈昉. 3D打印技术在模具制造中的应用探讨[J]. 中外企业家, 2019(27).
[10]柳萌[1]. 浅析新型3D打印技术对模具制造行业的影响[J]. 科学与信息化, 2018, 000(009):P.86-86.