3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，其以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將陶瓷粉末、金屬粉末、塑料、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，制造出實(shí)體產(chǎn)品，它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，打印材料由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰钐沾?、金屬、塑?等經(jīng)過處理的特殊材料。

在模具行業(yè)中，3D打印可以制造具有特殊結(jié)構(gòu)的模具部件，如3D隨形冷卻系統(tǒng)的成型部件，解決了傳統(tǒng)制造手段難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，3D隨形冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高模 具的冷卻效率，趨于均勻化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

01.3D打印技術(shù)在模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)隨著時(shí)代、科技和人文藝術(shù)的發(fā)展而不斷更新，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式已不再成為設(shè)計(jì)師想象力的束縛，能更專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新。

目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的平行化越來越受到重視，通過改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程，并行考慮產(chǎn)品生命周期各階段因素，強(qiáng)調(diào)后續(xù)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題要在設(shè)計(jì)的早期階段就被析出并加以解決，最大限度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間。

在產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)過程中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用是整個(gè)設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠在設(shè)計(jì)階段把概念模型精準(zhǔn)地變?yōu)閷?shí)物，為設(shè)計(jì)交流與討論提供保障。它有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路， 僅能借助極為抽象的概念模型或2D平面圖紙作為可視化媒介開展設(shè)計(jì)討論，無形中限制了團(tuán)隊(duì)間關(guān)于開發(fā)產(chǎn)品概念的有效交流。

3D打印的應(yīng)用能夠讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)成員，乃至產(chǎn)品用戶都能夠直觀地看到和觸模這些概念模型，比較它們之間的結(jié)構(gòu)、外形和功能的差別與優(yōu)劣，準(zhǔn)確地反映出產(chǎn)品概念存在的問題，進(jìn)而修改設(shè)計(jì)，重復(fù)這個(gè)設(shè)計(jì)迭代過程，直到產(chǎn)品概念完善為止。

02.3D打印在模具制造中的應(yīng)用

目前制造業(yè)領(lǐng)域使用3D打印技術(shù)的企業(yè)眾多，其中模具企業(yè)是應(yīng)用3D打印技術(shù)最多的行業(yè)，常用于樣品的打印，對(duì)產(chǎn)品樣品的結(jié)構(gòu)、外觀以及功能進(jìn)行測(cè)試合格后，才開始模具的制造。


近年來，隨著金屬3D打印技術(shù)不斷革新和成熟，越來越多的模具企業(yè)研究3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用，利用 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步縮短模具生產(chǎn)周期、節(jié)約生產(chǎn)成本。

金屬3D打印在模具制造中主要用于模具鑲件的打印，模具3D隨形冷卻系統(tǒng)型芯型腔鑲件和異形滑塊的直接打印比傳統(tǒng)加工手段的生產(chǎn)效率和效益都大幅提高，并不受產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)及復(fù)雜形狀所約束。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的水路都是以鉆孔方式完成，其直線圓管狀造型另須避開結(jié)構(gòu)或組裝原件，因此水路設(shè)計(jì)極其受限。而使用3D打印技術(shù)為模具制造3D隨形冷卻水路，除了可以使模具局部溫度降低或達(dá)到均溫之外，并可對(duì)模具進(jìn)行更快速的冷卻處理，這樣將可減少脫模速率和成型周期，并且不會(huì)因時(shí)間縮短而有殘余應(yīng)力及翹曲等問題發(fā)生，具有傳統(tǒng)水路無法比擬的冷卻效果。

左為傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，右為3D隨形冷卻系統(tǒng)

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮鑲件和結(jié)構(gòu)的避讓，無法把冷卻水路設(shè)計(jì)到合理的位置，如上圖型芯鑲件的冷卻水路無法隨著形狀均勻地設(shè)計(jì)，因此冷卻效果會(huì)受到極大的影響，局部會(huì)受冷卻效果影響使產(chǎn)品存在著變形的風(fēng)險(xiǎn)；

傳統(tǒng)冷卻水路的設(shè)計(jì)受限，主要受到傳統(tǒng)制造工藝的影響，傳統(tǒng)的制造手段無法給冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供保障，僅能通過鑲嵌或鉆孔的工藝手段實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)布置。

隨著金屬3D打印技術(shù)的不斷提高和在模具行業(yè)中的應(yīng)用，給冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新的平臺(tái)，設(shè)計(jì)者不用受傳統(tǒng)制造手段的限制，能夠靈活根據(jù)模具和鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨形的冷卻系統(tǒng)，把冷卻水路均勻地布置在模具成型鑲件中，使模具能夠快速冷卻并獲得良好的勻溫效果。

3D隨形冷卻系統(tǒng)相比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

①有效縮短注塑或壓鑄過程中的冷卻時(shí)間，減少脫模速率和成型周期，生產(chǎn)效率將大幅提高，可提升30～70%產(chǎn) 能時(shí)效與質(zhì)量良率；

②產(chǎn)品不會(huì)因時(shí)間縮短而有殘余應(yīng)力及翹曲等問題發(fā)生，有效減少翹曲變形、開裂飛邊、氣泡砂眼等產(chǎn)品缺陷， 顯著提升最終產(chǎn)品的質(zhì)量與成品率；

③模具使用壽命得到有效延長(zhǎng)，產(chǎn)品單位成本降低。


03.3D打印在模具中的應(yīng)用案例

總體說來，國(guó)內(nèi)在3D打印模具制造方面的應(yīng)用與國(guó)外相比存在較大差距。但3D打印技術(shù)給模具制造帶來的改變是不容忽視的，3D打印技術(shù)引入到模具設(shè)計(jì)和制造中來將會(huì)是一種趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)目前進(jìn)行3D打印模具應(yīng)用研究的企業(yè)并不多，未來 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化，模具制造是一個(gè)很好的發(fā)展方向，尤其對(duì)于廣大模具制造企業(yè)來說。

模具鑲件

工藝:SLM (選擇性金屬熔融)
材料:模具鋼(18Ni300)
分層厚度:0.035mm
設(shè)備:中瑞iSLM280金屬設(shè)備
打印時(shí)間：2小時(shí)15分鐘
后處理:銑削加工
應(yīng)用領(lǐng)域:  模具制造

從3D打印的應(yīng)用來看，航空航天、軍工領(lǐng)域技術(shù)要求較高，醫(yī)療領(lǐng)域準(zhǔn)入條件高、個(gè)性化定制需求有限，而在模具行業(yè)，結(jié)合眾多模具企業(yè)和模具專業(yè)鎮(zhèn)的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，3D 打印的推廣和應(yīng)用更具有優(yōu)勢(shì)。

隨形水路鑲塊

工藝:SLM (選擇性金屬熔融)
材料:模具鋼(18Ni300)
分層厚度:0.035mm
打印時(shí)間:6.5h
設(shè)備:中瑞iSLM280金屬設(shè)備
表面處理:車削加工
應(yīng)用領(lǐng)域:模具行業(yè)

來源：中瑞科技

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，其以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將陶瓷粉末、金屬粉末、塑料、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，制造出實(shí)體產(chǎn)品，它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，打印材料由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰钐沾?、金屬、塑?等經(jīng)過處理的特殊材料。

在模具行業(yè)中，3D打印可以制造具有特殊結(jié)構(gòu)的模具部件，如3D隨形冷卻系統(tǒng)的成型部件，解決了傳統(tǒng)制造手段難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，3D隨形冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高模 具的冷卻效率，趨于均勻化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

01.3D打印技術(shù)在模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)隨著時(shí)代、科技和人文藝術(shù)的發(fā)展而不斷更新，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式已不再成為設(shè)計(jì)師想象力的束縛，能更專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新。

目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的平行化越來越受到重視，通過改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程，并行考慮產(chǎn)品生命周期各階段因素，強(qiáng)調(diào)后續(xù)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題要在設(shè)計(jì)的早期階段就被析出并加以解決，最大限度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間。

在產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)過程中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用是整個(gè)設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠在設(shè)計(jì)階段把概念模型精準(zhǔn)地變?yōu)閷?shí)物，為設(shè)計(jì)交流與討論提供保障。它有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路， 僅能借助極為抽象的概念模型或2D平面圖紙作為可視化媒介開展設(shè)計(jì)討論，無形中限制了團(tuán)隊(duì)間關(guān)于開發(fā)產(chǎn)品概念的有效交流。

3D打印的應(yīng)用能夠讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)成員，乃至產(chǎn)品用戶都能夠直觀地看到和觸模這些概念模型，比較它們之間的結(jié)構(gòu)、外形和功能的差別與優(yōu)劣，準(zhǔn)確地反映出產(chǎn)品概念存在的問題，進(jìn)而修改設(shè)計(jì)，重復(fù)這個(gè)設(shè)計(jì)迭代過程，直到產(chǎn)品概念完善為止。

02.3D打印在模具制造中的應(yīng)用

目前制造業(yè)領(lǐng)域使用3D打印技術(shù)的企業(yè)眾多，其中模具企業(yè)是應(yīng)用3D打印技術(shù)最多的行業(yè)，常用于樣品的打印，對(duì)產(chǎn)品樣品的結(jié)構(gòu)、外觀以及功能進(jìn)行測(cè)試合格后，才開始模具的制造。


近年來，隨著金屬3D打印技術(shù)不斷革新和成熟，越來越多的模具企業(yè)研究3D打印技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用，利用 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步縮短模具生產(chǎn)周期、節(jié)約生產(chǎn)成本。

金屬3D打印在模具制造中主要用于模具鑲件的打印，模具3D隨形冷卻系統(tǒng)型芯型腔鑲件和異形滑塊的直接打印比傳統(tǒng)加工手段的生產(chǎn)效率和效益都大幅提高，并不受產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)及復(fù)雜形狀所約束。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的水路都是以鉆孔方式完成，其直線圓管狀造型另須避開結(jié)構(gòu)或組裝原件，因此水路設(shè)計(jì)極其受限。而使用3D打印技術(shù)為模具制造3D隨形冷卻水路，除了可以使模具局部溫度降低或達(dá)到均溫之外，并可對(duì)模具進(jìn)行更快速的冷卻處理，這樣將可減少脫模速率和成型周期，并且不會(huì)因時(shí)間縮短而有殘余應(yīng)力及翹曲等問題發(fā)生，具有傳統(tǒng)水路無法比擬的冷卻效果。

左為傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，右為3D隨形冷卻系統(tǒng)

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮鑲件和結(jié)構(gòu)的避讓，無法把冷卻水路設(shè)計(jì)到合理的位置，如上圖型芯鑲件的冷卻水路無法隨著形狀均勻地設(shè)計(jì)，因此冷卻效果會(huì)受到極大的影響，局部會(huì)受冷卻效果影響使產(chǎn)品存在著變形的風(fēng)險(xiǎn)；

傳統(tǒng)冷卻水路的設(shè)計(jì)受限，主要受到傳統(tǒng)制造工藝的影響，傳統(tǒng)的制造手段無法給冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供保障，僅能通過鑲嵌或鉆孔的工藝手段實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)布置。

隨著金屬3D打印技術(shù)的不斷提高和在模具行業(yè)中的應(yīng)用，給冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新的平臺(tái)，設(shè)計(jì)者不用受傳統(tǒng)制造手段的限制，能夠靈活根據(jù)模具和鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨形的冷卻系統(tǒng)，把冷卻水路均勻地布置在模具成型鑲件中，使模具能夠快速冷卻并獲得良好的勻溫效果。

3D隨形冷卻系統(tǒng)相比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

①有效縮短注塑或壓鑄過程中的冷卻時(shí)間，減少脫模速率和成型周期，生產(chǎn)效率將大幅提高，可提升30～70%產(chǎn) 能時(shí)效與質(zhì)量良率；

②產(chǎn)品不會(huì)因時(shí)間縮短而有殘余應(yīng)力及翹曲等問題發(fā)生，有效減少翹曲變形、開裂飛邊、氣泡砂眼等產(chǎn)品缺陷， 顯著提升最終產(chǎn)品的質(zhì)量與成品率；

③模具使用壽命得到有效延長(zhǎng)，產(chǎn)品單位成本降低。


03.3D打印在模具中的應(yīng)用案例

總體說來，國(guó)內(nèi)在3D打印模具制造方面的應(yīng)用與國(guó)外相比存在較大差距。但3D打印技術(shù)給模具制造帶來的改變是不容忽視的，3D打印技術(shù)引入到模具設(shè)計(jì)和制造中來將會(huì)是一種趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)目前進(jìn)行3D打印模具應(yīng)用研究的企業(yè)并不多，未來 3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化，模具制造是一個(gè)很好的發(fā)展方向，尤其對(duì)于廣大模具制造企業(yè)來說。

模具鑲件

工藝:SLM (選擇性金屬熔融)
材料:模具鋼(18Ni300)
分層厚度:0.035mm
設(shè)備:中瑞iSLM280金屬設(shè)備
打印時(shí)間：2小時(shí)15分鐘
后處理:銑削加工
應(yīng)用領(lǐng)域:  模具制造

從3D打印的應(yīng)用來看，航空航天、軍工領(lǐng)域技術(shù)要求較高，醫(yī)療領(lǐng)域準(zhǔn)入條件高、個(gè)性化定制需求有限，而在模具行業(yè)，結(jié)合眾多模具企業(yè)和模具專業(yè)鎮(zhèn)的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，3D 打印的推廣和應(yīng)用更具有優(yōu)勢(shì)。

隨形水路鑲塊

工藝:SLM (選擇性金屬熔融)
材料:模具鋼(18Ni300)
分層厚度:0.035mm
打印時(shí)間:6.5h
設(shè)備:中瑞iSLM280金屬設(shè)備
表面處理:車削加工
應(yīng)用領(lǐng)域:模具行業(yè)

來源：中瑞科技