Page 51 - 《橡塑技术与装备》2023年1期
P. 51
综述与专论 杨建京·论增材制造如何赋能模塑智造成为新业态
产生烧焦、困气、走胶不齐，而往往会考虑采用排气钢。 前沿领域的模具制造企业已经开始寻找有效的替代方
但是传统有局限，因为采用了排气钢镶件，这个区域 式，增材制造（3D 打印）制作模具成为了对模具制造
就会有不能设计水路的尴尬。这就会造成透气钢的局 企业很有吸引力的方案，尤其对于形状复杂且小批量
部温度过高，从而引发产品的外观不良 ；另外传统透 生产的模具。
气钢容易发生堵塞，需要经常拆下来维修清洗，使生
产停机的时间过长，不能保证连续生产。现在可以采 5 攻坚克难模具行业目前所面临的瓶颈
用 3D 打印透气一体件，有传统没有的优点它可以通 问题
过调整参数来达到透气钢的不同致密度，即能保证透 传统模具制造主要是制造周期长和制造成本高两
气性要求，同时还可以设计气道，在生产保养的过程 个方面，而增材制造技术能够有效缩短整个产品的开
中，通过反吹气来保证气道不会堵塞，也可以保证连 发周期 ；增材制造技术可以降低模具的生产准备时间，
续生产。另外可以在非透气区域设计冷却水路，确保 使现有的设计工具能够进行快速更新，加快产品开发
透气钢的温度与周边模具钢材的温度一致。 速度并且提高灵活性。
（3）因为增材制造可以制造工件内部复杂的异型 增材制造技术加工的模具镶件在降低注塑周期上
结构，可以延伸很多技术应用。传统对于一些有表面 具有降本优势，针对某些特定复杂结构模具优势更加
孔特征非常多的产品或一些外观需要达到高光无痕的 明显。尤其是在使用昂贵材料时，例如钛合金等贵金
产品，一般需要采用急冷急热技术，即注塑充填是切 属，传统模具制造技术会导致材料报废率很高，这时
换到热蒸汽，在充填完成后切换到冷却水，而这种方 增材制造的成本优势会更加凸显。
法最直接的影响是需要投资急冷急热设备，费用昂贵 此外，增材制造技术的直接成型对模具制造流程
注塑成本增加。而采用增材制造的急冷急热技术，我 缩短产生的利润，带来了积极的影响，对于经常需要
们既可以达到急冷急热技术的效果，也可以达到控制 设计变更的产品，可以减少模具设计修改导致的前期
成本的目的。它的原理是在靠近产品的区域做一层随 成本浪费。
形的加热电圈，在电圈的外面设计一层冷却水路，注 现有的传统冷却系统一般由直孔或斜孔水道构
塑充填时电圈通电加热，注塑充填完成后停止加热， 成，其形状无法均匀贴近型腔表面，易造成冷却不均
外层的随型冷却水路保证模具能够迅速冷却，从而达 且效率低，有些结构（如高长细的镶件）甚至无法加
到急冷急热的效果，两全其美。 工水道。随型腔结构变化的随型冷却水道可极大地提
在制造业不断转型升级的今天，增材制造技术的 升冷却效率和均衡性，利用机加工和电火花等传统工
推广和应用更具有优势，也为传统制造业找到了新的 艺无法制造。有时为了满足复杂模具高效冷却的需求，
亮点，而非对传统模具行业产生冲击，为模具行业带 往往需加工 Be 铜镶件以满足局部冷却要求，但增加
来的机会和新思路才是更值得我们关注。对于生产开 了模具的制造周期和成本。因此，高性能模具制造亟
始后可能进行设计变更导致模具重复修改，增材制造 需寻求新的加工方法。
技术更能灵活地快速设计和迭代，满足日益创新的产 增材制造的模具或镶件应用后，注射和冷却时间
品应用体验 ；增减材制造完美融合、取长补短。 明显缩短，弥补了传统模具冷却塑件容易产生的品质
模具被称为 “ 工业之母 ”，是工业生产的基石。 缺陷从而得到抑制和改善。
三十年的发展使中国成为世界模具制造及消费大国， 模具制造工艺直接影响其批量生产模具的使用效
建立起了模具工业体系，2016 年中国的模具产能达到 果，尤其是冷却系统对其寿命、效率和产品质量影响
2 400 亿元，销售额约 1 800 亿元 ；中国模具工业保 至关重要。现有冷却系统大多由直孔水道构成，其形
持着稳步发展、转型升级进一步加快和提质增效前景 状无法均匀贴近型腔表面，易造成冷却不均且效率低。
明朗可期的局面。 随型腔形状变化的随型冷却系统可极大地提升冷却效
模具行业之所以称之为工业之母，因为各个制造 率和均匀性，但采用机加工无法制造。增材制造基于
业领域都与其可能有关系。制造业对模具的依赖度比 材料叠加原理，将复杂三维结构分解为若干二维制造，
较高。在加工零部件方面，制造模具能够提供高度可 恰好可解决随型冷却水道的制造难题。金属增材制造
靠的产品，同时也有价格昂贵和耗时长的不足。某些 特殊的制造工艺在成形精度、表面质量及复杂结构制
年
2023 第 49 卷 ·3·
