3D打印技術在模具及加工機床的組合應用

模具是工業生產中不可或缺的工藝裝備，廣泛地用於機械、家電、電子產品以及農業、國防、航空航天等領域。高品質的模具是產品質量的保證，隨著人們對產品造型與功能的要求不斷提高，業界對模具的精度、表麵質量、使用壽命要求更高，為了適應產品的快速更新迭代模具的生產周期正不斷被壓縮。科技的發展正推動著現代工業技術的革新，以3D打印為代表的增材製造技術、智能製造係統、高效能刀具以及高速加工機等先進技術正使模具這個古老的行業煥發出勃勃生機。

1、模具製作與零配件加工的區別

盡管模具製作與零配件加工同屬於加工的範疇，但兩者的區別較大。模具加工的一個特點是單一性，每一套模具都不一樣，即便是係列產品的模具也隻具有相似性，除非產品批量很大時，才會加開相同的模具，但其數量也不多。模具在數控加工時很少用刀庫換刀，這是因為每套模具的加工都可以看成是試工藝。盡管很多數控編程軟件具備模塊化編程功能，即相類似的模具可套用相同的參數，但在細節的地方比如深槽、陡坡麵，要根據刀具的夾持長度重新調整切削參數，甚至更換刀具規格，以防止刀具振動引起的過切現象。零配件加工通常是批量生產，所以單件試加工後的參數可以用在批量的複製生產上，此時刀庫的使用可大幅提升刀具更換的速度以及正確性。換言之，程序編製完畢後，加工過程中隻要按需更換損耗的刀具，即可完成零件的批量加工。若想模具加工如零件批量生產般簡便，那就需要一種具備高精度在機測量反饋係統的智能加工機床。

2、分型麵配模

分型麵配模是塑料模加工中一個重要的鉗工工序，借助紅丹粉與機油比例混合而成的顯示劑，運用鉗工的工藝技巧將上下模緊密配合在一起，以達到注塑產品的分型麵處無披風，產品上分模線極纖細。當模具的分型麵為平麵時， 配件相對簡單， 可借助磨床將上下模分型麵上預留的精加工餘量去掉，使上下模緊密配合。當模具的分型麵為非平麵時，配模的難度大幅增加，這主要是由分型麵的加工精度引起的。通常使用球刀來加工非平麵的分型麵，相對於平底刀來說，球刀切削時的接觸麵積較小，容易磨損，使得加工出來的麵與電腦模型相差較大，對於分型麵較大的模具來說，這種損耗偏差就更加嚴重了。盡管有經驗的數控編程師會將非平分型麵分為若幹個區域錯開加工以抵消偏差，碰穿麵、擦穿麵會加上合適的配模餘量，但配模仍然是模具鉗工的苦差事，是鉗工手藝與數控加工精度間此消彼長的一場角力。如果用前麵所說的智能加工機床來加工模具，非平麵的加工精度以及刀具的損耗情況都能通過精密測量後反饋到機床的智能控製係統，從而對非平麵進行補償式精加工，大幅降低非平麵的配模難度。目前此類型精密模具加工價格高昂，但隨著技術的不斷創新與更替，普及模具精密加工是模具行業發展的一個趨勢。

3、3D打印技術應用於模具的設計製作

3D打印是近年來的一個熱門話題，無論是業界抑或是互聯網，其身影隨處可見。它源於實驗室， 本活躍於製造業的頂尖領域， 卻又突然以桌麵機型的形式進入尋常百姓家，而今又以塑料、樹脂、金屬和陶瓷等多種增材製造方式在製造業中普及起來。在產品的設計開發過程引入3D打印技術，可大幅縮短開發時間、減少開發成本。在模具的開發過程中，模具的試製、特殊配件的加工以及模具的修複都可用到3D打印技術。

熔模精密鑄造是一種常見的高精度產品鑄造技術， 其生產流程大致可分為注蠟模具設計製作、製作蠟樣、砂殼製作、澆注、後期處理以及檢驗6個步驟。我們將在注蠟模具設計製作以及製作蠟件兩個環節上引入3D打印技術。在不鏽鋼精鑄產品的開發中，經常遇到餐具、水龍頭的小批量定製或者試做。比如一些國外著名的餐廳或者廚師的定製鍋具，經常會在鍋柄或者蓋耳添加其商標，開發過程中有手寫簽名、注冊商標等多種方案供選擇。為節省試驗費用、縮短研發周期，通常將模具裏產品商標的部分做成互換的形式。假設某款手柄需要試驗三款不同的商標，模具中產品商標的位置就要做成三個大小一致的鑲件，然後根據商標的款式做成三款電極並在電火花機上成型出來。盡管注蠟模具大多以易切削的鋁合金製作，但CNC加工鑲件、銅電極雕刻再加上電火花加工，至少需要9h才能完成。考慮到蠟樣的成型溫度以及注射壓力較低，選擇3D打印機配以合適的耗材，隻需3h即可打印出所需的三個鑲件。這不僅大幅縮短了加工時間，而且不占用CNC以及電火花機，優勢顯而易見。對於個性化的單件定製產品，可選用合適的耗材直接以打印件來替代傳統的蠟樣，而精度要求更高的零件或者首飾一類的產品，還可以選用3D打印蠟模的機型進行製作。