3D打印塑料模具会取代传统机加工模具吗？

许多3D打印支持者声称，3D打印对需要开模具的注塑成型是个很好的代替。真的是这样吗?下面我们一起去看看大家的意见是怎么样的?

增材制造(大家所熟知的3D打印)已经给制造业带来了巨大影响。那些曾经需要几百美元、耗时几周的手板件，现在可以早上设计、晚上打印，第二天早上就可以送达客户手里。

有些公司已经在使用3D打印工艺制造注塑模具。不再需要花费几个月时间来等待可以用于生产的模具的制造，或者因为下游设计变化导致修改模具的大量金钱投入，或者生产层上的不确定因素。不管是模具验证还是注塑件小批量生产，都可以快速3D打印模具。如果模具有问题或者需要修改设计，再打印一个并重复验证或生产就是。对吗?

这些观点有一些道理。塑料3D打印的注塑模具有点像我们后院的塑料哈尔滨的医院哪里治癫痫更好棚，它比金属棚便宜，塑料棚搭建速度很快且在低载荷下表现良好。但是如果积雪太多，他们将破裂成一屋的碎片。

3D打印模具有自己的一席之地，有些企业在3D打印模具的应用上比较成功。支持者称3D打印模具比传统模具加工方式快达90%、便宜达70%。在某些情况下这可能是真实的，但是明白金属模具相比3D打印塑料模具的优势/劣势非常重要。

真正的模具，真正的快速

快速制造公司ProtoLabs自从1999年已经开始生产快速模具注塑零件。它提供的模具可制造工程塑料、金属、液态硅胶(LSR)等材料的零件。模具主要使用铝(有些情况下用钢)材机加工得到普洱癫痫病医院哪家最好，可加工几个到1000个零件，发货时间1-15天。

它的工业级3D打印服务包括光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和直接金属激光烧结(DMLS)。可打印材料包括仿聚丙烯和ABS的类热塑性材料、工业级尼龙及金属(如不锈钢、铝合金及钛合金等)。

既然有如此大范围加工能力，为什么不直接打印模具，而是机加工制造模具呢?

模具制造商当警惕

ProtoLabs公司工程师一直在考虑打印模具，但是在做了16年的快速模具生意，一些原因仍迫使他们坚持可靠的快速注塑成型工艺：

表面质量：3D打印逐层加工得到零件，这会导致产品表面有台阶纹效应。直接打印的模具也存在类似问题，后期需要机加工或者喷砂来消除这些细小的、齿状的边缘。此外，小于1mm的孔必须钻，更大的孔需要扩孔或者钻孔，螺纹特征需要攻丝或者铣削。这些二次处理很大程度上削弱了3D打印模具的速度优势。

尺寸因素：如果你要设计滑板或者塑料工具箱，3D打印模具也许是毫无问题的。零件尺寸限制在10立方英寸(164立方厘米)，大致是柚子的尺寸。而且尽管当前的增材设备的精度很高，但是仍然没法同加工中心和EDM设备比较。后者加工的模腔精度通常达±0.003英寸(0.076mm)，零件体积高达59立方英寸，大致是3D打印零件体积的6倍。

高温环境：为保证材料流动性能良好，注塑模具需要加热到非常高的温度。铝模和钢模通常经历500F(260℃)甚至更高温度环境，尤其在加工高温塑料，如PEEK和PEI(Ultem)材料。用这些金属模具生产几千个零件很容易，在最终量产模具出来前也可作为过渡模具使用。使用SLA或者相似3D打印工艺制造的模具材料一般是光敏或者热固性树脂，它们通过紫外光或者激光固化。这些塑料模具尽管比较硬，但是在注塑的热循环条件下损毁非常迅速。事实上，在温和环境下3D打印模具通常在使用100次以内会失效，高温塑料比如聚乙烯和或苯乙烯。对玻璃填充聚碳酸酯和耐高温塑料，甚至治疗癫痫病的药物只能生产几个零件。

比较成本：使用3D打印模具的一大原始是因为其成本低。生产级别机加工模具成本一般是20000美元甚至更多，意味着同1000美元的打印模具是同类比较。但是这个类比并不公平，打印模具陈本的评估通常只考虑材料消耗，并没有考虑人工、装配与安装、喷射系统和五金器具。比如ProtoLabsd的铝模具花费1500美元可以用于生产。如果需要生产更多零件?采用3D打印模具，你每生产50-100个产品就需要重新打印、装配机测试新的模具。另一方面，不考虑所使用的塑料，铝模具通常成都癫痫病治疗中心在生产10000个零件仍然服役良好。

产品设计：传统注塑模具制造的原则及实践已经有超过一个世纪的历史，行业对其研究比较透彻。3D打印模具却非常新。比如拔模斜角必须大于等于5度，以满足大部分铝模要求。塑料模具注塑塑料零件却面临挑战，对塑料模具顶针的数量与安装位置需要额外小心。

在增加模腔壁厚和降低压力方面，塑料模具(尤其是高注塑温度)在某种程度上更为灵活。浇口的设计也不同，应当避免使用隧道式和点状浇口。直接浇口、扇形浇口、翼形浇口应该增加到正常尺寸的3倍。

打印模具内聚合物的流动方向应该与3D打印线一致，避免粘滞和低压引起的高填充。冷却系统可在一定程度上提高模具的寿命，但不会明显降低打印模具的循环次数，因为塑料模具的散热能力不像铝模或钢模那么好。

时机

尽管快速铝模具有很多优势，有些情况下3D打印模具仍会发挥重要作用。对于有3D打印机、且有足够时间探索打印模具如何在注塑机上工作的厂家，也许他们认为应该直接打印模具。

当然，模具设计师必须理解如何制作功能模具，模具的重新设计与制作要花费大量成本。相关的技术人员与设备也很必要——模具喷砂的机械工人、顶针安装、注塑机操作员等，因为这些参数的设置与传统模具有很大的不同。

但是等等——为什么不用DMLS?为什么不直接打印金属模具?DMLS使用激光和精密光学器件在细小金属粉末床上逐层“画”零件，生产的完全致密的商业产品广泛应用于航空、医学领域。有些人预测未来铝和模具钢材料的模具也许将直接打印，能提供超高效的随形冷却水道，将大量减少注塑时间，延长模具使用寿命。某种程度上，DMLS直接打印模具速度慢且昂贵，通常只用于非常小、复杂的模具，或则加工那些通过传统机加工方法很难制造的模具嵌入物。

实测可靠

总的来说，ProtoLabs认为最好使用DMLS、SLA或其他3D打印工艺做他们擅长的事：打印零件而不是模具。但是，如果满足以下条件，3D打印注塑模具会是个可靠的替代。

1)小批量且相对简单的零件，产品需要比较大的拔模角度。

2)工具与模具设计团队要对3D打印模具的设计原则很熟悉。

3)有加工和装配塑料模具的人员和设备。

最终设计考虑因素。如果你需要模具长期使用，一旦3D打印模具验证了设计的合理性，下一步就是采用更为永久的材料制作模具，比如铝或者不锈钢，因为塑料模具主要小批量产品生产使用。由于3D打印模具和传统模具的设计不同，项目时间和预算上要考虑一定次数的模具重设计和测试。