如今，3D打印和各种打印材料（塑料、橡胶、复合材料、金属、蜡和砂）已经给许多行业带来了很大的便利，这其中也包括模具制造。

那么模具制造能够从3D打印技术上得到什么好处吗？

其实模具制造的以下几个环节是能够用到3D打印技术的：

• 成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑、纸浆模具、可溶性模芯、玻璃钢模具等等）
• 铸模（熔模、砂模、旋压等...）
• 成型（热成型，金属液压成型等...）
• 机械加工、装配和检验（固定夹具、移动夹具、模块化夹具等...）
• 机器人末端执行器（夹手）

用3D打印制造模具有许多优点：

1）模具生产周期缩短

3D打印模具缩短了整个产品开发周期，并成为驱动创新的源头。3D打印使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善。它能够使模具设计周期，跟得上产品设计周期的步伐。

2）制造成本降低

如果说当下金属3D打印的成本要高于传统的金属制造工艺的成本，那么成本的削减在塑料制品领域更容易实现。

此外，3D打印在几个小时内制造出精确模具的能力也会对制造流程和利润产生积极的影响。 尤其是当生产停机和/或模具库存十分昂贵的时候。

最后，有时经常会出现生产开始后还要修改模具的情况。3D打印的灵活性使工程师能够同时尝试无数次的迭代，并可以减少因模具设计修改引起的前期成本。

3）模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性。

3D打印具有整合设计，并减少零部件数量的能力。这样就简化了产品组装过程，并减少了公差。此外，它能够整合复杂的产品功能，使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷更少。

4）定制模具帮助实现最终产品的定制化

更短的生产周期、制造更为复杂几何形状、以及降低最终制造成本的能力，使得企业能够制造大量的个性化工具来支持定制部件的制造。

利用3D打印技术的模具制造流程

利用3D打印技术直接制造模具的流程如图2所示（以SLM工艺为例），可分为成型前准备、SLM成型和成型后处理三个阶段。成型前准备包括模具模型的3D建模、STL格式转化、添加支撑结构、确定工艺参数、进行分层切片等数据处理；


成型前处理

（1）模型设计

模型设计是模具制造的第一步，直接决定了模具的外形特征。

（2）添加支撑

添加支撑的目的主要有两方面
一是为了将成型工件固定在基板上。

二是为了防止特定结构打印时的特征丢失，这主要是针对倾角较大的结构。

添加支撑是成型前处理的重要工作，对工件的成型质量有着重要影响。不同加工设备的支撑有所区别，主要分为两类，一类是交错的网状结构，主要应用于底面平直部分较大的工件支撑；

另一类是片状的支撑，应用于圆柱面等非平直曲面的支撑。最小的支撑高度，即最低成型面到基板平面的距离，过高则造成工件的总成型高度过大，所需的铺粉粉料用量变大；过低则会造成取件困难，综合考虑，一般选择3至5mm。


（3）确定工艺参数

工艺参数直接决定了成型工件的质量。工艺参数包括铺粉厚度、激光扫描速度、扫描方式、工件摆放的空间位置等。


成型后处理

（1）取件

3D打印成型完毕后，打印工件淹没在粉料里，取件时先将熔结产生的废料清除，防止废料污染粉料；然后将工作台上升，在加工仓内进行初步的清粉，使用毛刷将未烧结的、依附在工件表面的粉料清扫入粉料回收缸，以备循环使用，最后将工件和基板一并取出。


（2）去除支撑

取件后，需将工件与基板分离，通常采用线切割、锯等方式。线切割分离时间较长，多用于支撑较多，支撑连接处具有薄壁特征的工件分离，因为该分离方式较为柔和，不会造成工件变形。当工件较小、支撑较少，或支撑连接处为实心结构时，为节省分离时间，也可以采用凿子直接将工件取下。


（3）清粉

该清粉主要针对模具的冷却通道部分，可以采用毛刷直接清粉，也可以使用吸尘器或吹风机等辅助设备去除滞留在冷却管道内部的粉料。冷却通道的结构对清粉难度有一定的影响，例如直径、通道曲率半径等。


（4）喷砂

喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，使工件的外表或形状发生变化，获得一定的性能。


（5）其他加工

SLM工艺的技术优势在于成型内部具有复杂、非规则结构的工件。注塑模具内部具有冷却通道，外部具有各种结构类型，如凸台、凹孔等。

目前，由于SLM工艺成型的工件表面粗糙度较大，精度难以控制，将SLM成型的模具直接应用于塑料成型还不成熟，尤其是对表面光洁度、精度要求较高的塑料制件。因此，还需要借助其他传统机械加工方式进行后续加工，才能满足模具的精度、表面质量等要求。