3d打印模具的优势与缺陷有哪些（3d打印模具的优势与缺陷分析）

3D打印对制造业产生了巨大影响。曾经花费数百美元、耗时数周的原型零件现在可以在早上设计，晚上打印，并在第二天早上交付给客户。一些公司已经在使用3D 打印工艺来制造注塑模具。您不再需要花费数月时间等待模具制造完毕以供生产，也不再需要因下游设计变更或生产水平的不确定性而在修改模具方面投入大量资金。无论是模具验证还是注塑件的小批量生产，模具都可以快速3D打印。如果模具有问题或需要修改设计，只需打印另一张并重复验证或生产。这样对吗？

这些观点有一定道理。塑料3D 打印注塑模具有点像我们后院的塑料棚。它们比金属棚便宜，建造速度快，并且在低负载下表现良好。但如果积雪过多，它们就会碎成碎片。如果满足以下条件，3D打印注塑模具将是可靠的替代方案：

1、小批量和比较简单的零件需要比较大的拔模角。

2.工模具设计团队必须熟悉3D打印模具的设计原理

3、拥有加工、组装塑料模具的人员和设备

3D打印模具拥有自己的一席之地，一些企业在3D打印模具的应用方面已经比较成功。支持者声称，3D 打印模具比传统模具加工方法快90%，便宜70%。在某些情况下可能确实如此，但了解金属模具与3D 打印塑料模具相比的优点/缺点非常重要。

Real Molds，Real Rapid 制造公司Proto Labs 自1999 年以来一直生产快速模具注塑零件。其提供的模具可以制造工程塑料、金属、液体硅橡胶(LSR) 和其他材料的零件。模具主要由铝（有时是钢）加工而成，可由几个到1,000 个零件制成，交货时间为1 至15 天。

其工业级3D打印服务包括立体光刻（SLA）、选择性激光烧结（SLS）和直接金属激光烧结（DMLS）。可打印的材料包括仿聚丙烯和ABS的类热塑性材料、工业级尼龙和金属（如不锈钢、铝合金和钛合金等）。

既然加工能力如此广泛，为什么不直接打印模具，而是机械加工模具呢？

表面质量：3D打印零件经过逐层加工，会导致产品表面出现台阶图案效果。直接打印的模具也存在类似的问题，随后需要机械加工或喷砂来消除这些细小的齿状边缘。此外，小于1mm 的孔必须钻孔，较大的孔需要铰孔或钻孔，螺纹特征需要攻丝或铣削。这些二次工艺大大降低了3D打印模具的速度优势。

尺寸因素：如果您正在设计滑板或塑料工具箱，3D 打印模具可能没有问题。零件尺寸限制为10 立方英寸（164 立方厘米），大致相当于葡萄柚的大小。而目前的增材设备虽然精度很高，但仍然无法与加工中心和电火花设备相比。后者通常生产精度为0.003 英寸（0.076 毫米）的模具型腔，零件体积高达59 立方英寸，大约是3D 打印零件体积的六倍。

高温环境：为了保证良好的材料流动性能，注塑模具需要加热到非常高的温度。铝模和钢模通常要经历500F（260）或更高的温度环境，特别是在加工PEEK和PEI（Ultem）材料等高温塑料时。使用这些金属模具可以轻松生产数千个零件，并且它们还可以用作最终批量生产模具发布之前的过渡模具。使用SLA或类似3D打印工艺制造的模具材料通常是光敏或热固性树脂，通过紫外线或激光固化。尽管这些塑料模具相对较硬，但在注塑的热循环条件下，它们损坏得非常快。事实上，3D 打印模具通常在聚乙烯和/或苯乙烯等温和高温塑料中使用100 次后就会失效。使用玻璃填充聚碳酸酯和耐高温塑料，甚至可以生产少量零件。

比较成本：使用3D 打印模具的主要原因之一是其成本低廉。生产级机加工模具的成本通常为20,000 美元或更高，这意味着与1,000 美元的印刷模具进行同类比较。但这个类比是不公平的。打印模具副本的评估通常只考虑材料消耗，而不考虑劳动力、装配和安装、注射系统和硬件。例如，铝制模具的生产成本为1,500 美元。如果需要生产更多零件怎么办？使用3D打印模具，每生产50-100个产品就需要重新打印并组装机器来测试新模具。另一方面，无论使用何种塑料，铝模具在生产10,000 个零件后通常表现良好。

产品设计：传统注塑模具制造的原理和实践已有一百多年的历史，业界对其进行了较为深入的研究。 3D打印模具非常新。例如，拔模斜度必须大于或等于5度才能满足大多数铝模具的要求。将塑料零件注射到塑料模具中面临着挑战，并且需要格外注意塑料模具顶针的数量和安装位置。

在增加型腔壁厚度和降低压力方面，塑料模具（尤其是高注射温度）更加灵活。浇口设计也不同，应避免隧道浇口和点浇口。直门、扇门、翼门应增大至正常尺寸的3倍。

打印模具内聚合物的流动方向应与3D打印线路一致，以避免因粘度和低压造成的高填充。冷却系统可以在一定程度上增加模具的寿命，但不会明显减少打印模具的循环次数，因为塑料模具的散热能力不如铝或钢模具。

时机尽管快速铝成型有许多优点，但在某些情况下3D 打印模具仍然发挥着重要作用。对于拥有3D打印机并且有足够时间探索打印模具如何在注塑机上工作的制造商来说，也许他们认为应该直接打印模具。

当然，模具设计者必须了解如何制作功能性模具，而模具的重新设计和生产需要花费大量资金。相关的技术人员和设备也是必要的：——模具喷砂技工、顶针安装、注塑机操作人员等，因为这些参数的设置与传统模具有很大不同。

为什么不直接打印金属模具呢？ DMLS 使用激光和精密光学器件在细金属粉末床上逐层拉制零件，生产出广泛应用于航空航天和医疗领域的完全致密的商业产品。有人预测，未来由铝和模具钢材料制成的模具可能会直接打印，可以提供超高效的随形冷却水道，这将大大减少注塑时间，延长模具的使用寿命。使用DMLS 直接打印模具速度较慢且成本较高，通常仅用于非常小、复杂的模具，或难以通过传统加工方法制造的模具嵌件。

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