2017日本工業展·3D列印在模具方面的應用

模具是工業製造的基礎，從幾千年前起古代的青銅器就是採用鑄造的技術製造的，如今經過幾千年的發展，生產製造仍然大量的使用模具。傳統的模具按照不同材料分包括：塑料模、金屬衝壓模、鍛壓模、金屬壓鑄模、陶瓷模、玻璃模、玻璃鋼模具、砂模、石膏模等等。

這是一套注塑模具（金屬材質）

由於3D列印技術的誕生，模具的製造方式也發生了轉變，以前通過機加工切削方式製造的金屬模具如今可以通過3D印表機直接列印，以前用手工製作砂模如今也可以直接3D列印，以前手工雕刻蠟模如今也可以直接3D噴蠟等等。

2017年6月21日，南極熊受日本工業展邀請來到東京，在此次展會上看到了不少與3D列印模具相關的應用案例，與各位熊友分享：

這是一台小型注塑機，對於傳統的注塑廠家來說，一般需要開一套金屬模具然而安裝在注塑機上去生產塑料件，金屬模具開制周期長，成本高，尤其對於小批量的生產，金屬模具壽命過長產生資源浪費。而Stratasys與SWANY合作的3D列印模具可以用於小批量的注塑生產，該模具使用PolyJet 光聚合物列印，Stratasys方面表示，3D列印模具的生產成本遠低於傳統模具。

但與傳統模具相比，該新型模具可承受材料的熱度、壓力均較低。儘管塑料模具的耐用度不如金屬模具，但可用於原型製造和數百次注射的短期產品。3D列印模具被用於生產原型件時，有助於找出設計問題，避免耗費大量資金製作設計不完善的鋁製或鋼製模具。

照片展示的注塑件是用於汽車模型的底盤，對於小批量的生產汽車模型，這種方式成本更低。

這是3D印表機製造的吹塑模具，主要用於生產塑料瓶子，同樣是用於小批量生產。

當需要用於大批量生產時，還是需要金屬模具，一些金屬3D列印企業，希望直接3D列印金屬模具，取代機加工的方式。3D列印金屬模具的優勢主要在於可以重新設計模具結構，優化模具內部的冷卻水路，加速注塑過程中模具冷卻時間，延長模具使用壽命。

左側兩個透明塑料模型，演示了3D列印模具內部結構以及冷卻水路的情況。模具在用於生產注塑件時，需要將加熱融化的塑料注入到模具模具內部，待塑料冷卻後打開模具即可取出成型的塑料件，因此塑料件冷卻的過程非常重要，冷卻速度越快生產一個塑料件需要的時間越短，金屬模具處於高溫的時間越短使用壽命越長。

對於失蠟鑄造方式，3D印表機可以列印蠟模，替代了人工雕刻蠟模等工藝，在中國的首飾領域已經大面積普及使用。藍色的蠟模是由Solidscape設備列印。

黃色和白色的樣品就是將蠟模熔融掉以後，鑄造出來的首飾樹，一個一個剪下來就是單個的首飾了。

FDM 3D列印技術之前一直沒有用於鑄造領域，主要是所列印的材料無法用於鑄造，直到Polymaker推出了PolyCast鑄造材料，下圖左側是使用PolyCast材料3D列印出的塑料母模，將其進行包埋製作砂模，然後再將其高溫燒掉，即可灌入金屬製造出金屬零件，就像下圖右邊的金屬件一樣。

左側是鑄造出的金屬件，右側是砂模。

還有一種3D印表機是直接3D列印砂型，比如下圖這種設備，我們在國內也見過不少，一般使用SLS激光燒結工業或者3DP粉末粘合工藝。

3D列印出的砂模，結構還是非常複雜的，可以用於鑄造金屬。

目前，3D列印技術在模具行業的應用主要是以上幾大類，我們在日本工業展上都有看到，各位熊友如果對於其中某一項技術感興趣，可以在南極熊搜索關鍵詞了解更多信息。

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