3D打印，又稱增材制造技術，是一種以三維CAD模型文件為基礎，應用粉狀、絲狀或片狀等材料，通過"分層制造、逐層疊加"的方式來構造三維物體的技術。目前應用比較廣泛的3D打印成型工藝主要有：

　　1.選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）

　　2.選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）

　　3.直接金屬激光燒結（Direct metal Laser Sintering，DMLS）

　　4.立體光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）

　　5.熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）

　　6.分層物體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）

　　不同類型的工藝在不同的領域有著應用的優勢。

　　3D打印技術在模具行業中的應用，主要分為三個方面：

　　（1）直接制作手板

　　上述幾種3D打印工藝都能制作手板，只是制作出來的手板的精度、強度和表面質量有區別，這也是目前3D打印技術最常見的應用方式；

　　（2）間接制造模具

　　即利用3D打印的原型件，通過不同的工藝方法翻制模具，如硅橡膠模具、石膏模具、環氧樹脂模具、砂型模具等；

　　（3）直接制造模具

　　即利用SLS、DMLS、SLM等3D打印工藝直接制造軟質模具或硬質模具。

　　3D打印在模具制造中的應用

　　3D打印技術的優越性

　?。?）3D打印技術在生產過程中能實現生產材料"零"浪費。3D打印技術的生產過程是根據零件的三維設計進行逐層打印，與傳統的"減材"加工相比，實現了生產材料的"零"浪費。

　?。?）利用3D打印技術可以加快產品的研發進度。3D打印技術改變了設計者的思維方式，他們會根據零件承重、受力部位的不同進行思考。

　?。?）利用3D打印技術可以大大縮短生產周期。3D打印技術從設計到生產，省去了傳統加工過程中工藝設計與求證的過程，縮短了生產周期，并能根據市場需求，及時調整生產批量。

　?。?）利用3D打印技術可以大量減少設計、生產過程中的人力資源。

　?。?）利用3D打印技術可以制造具有特殊結構的模具，如隨形冷卻模具，這是傳統制造方法難以實現的，也是3D打印技術在模具行業應用中的一大亮點。隨形冷卻模具具有諸多優勢，可以提高模具的冷卻效率，使得制品冷卻趨于均勻化，提高了產品質量和生產效率。

　　傳統的模具制造過程

　　傳統的模具制造過程是，在接單后還需對接單項目進行評審，評審過關后制定生產進度表，然后進行3D軟件修正、模流分析、分型線及進料點確定，最后反饋給客戶定稿，客戶滿意后才能確定制造用的零件圖，才可以準備加工流程。其加工流程如圖1所示。從圖1可見，采用傳統的模具制造過程加工出一個合格的模具所需要的人力、物力較多，生產周期較長。

　　利用3D打印技術的模具制造流程

　　利用3D打印技術直接制造模具的流程如圖2所示（以SLM工藝為例），可分為成型前準備、SLM成型和成型后處理三個階段。成型前準備包括模具模型的3D建模、STL格式轉化、添加支撐結構、確定工藝參數、進行分層切片等數據處理；SLM成型階段屬于自動化加工，人工干預較少，只需對SLM設備的工作狀況進行監控，保證設備的正常運行即可；成型后處理包括取件、清粉、噴砂、表面打磨、拋光以及其他加工等。下面具體講述利用SLM工藝制造模具的過程。

　　成型前處理

　　（1）模型設計

　　模型設計是模具制造的第一步，直接決定了模具的外形特征，例如隨形冷卻注塑模具，設計時不僅需要考慮冷卻的效果，還需要考慮加工工藝的限制及采用的模具組合方式等因素。冷卻的效果要兼顧冷卻效率和冷卻的質量兩個方面，需要優化冷卻通道的排布和結構特征，冷卻通道的設計原則和方法等；加工工藝限制主要是針對SLM工藝的成型特性，在設計時對某些特征的處理，以保證模具在成型制造時不會導致特征丟失，例如，微小特征、懸空結構等；隨形冷卻注塑模具比較經濟和實用的模具組合方式是鑲嵌式。

　　（2）添加支撐

　　添加支撐的目的主要有兩方面，一是為了將成型工件固定在基板上，這是由于在模具成型的過程中，由于鋪粉時需要將粉料均勻緊密地平鋪在基板上，鋪粉時存在一定的剪切力，若成型零件在基板上未固定或固定不足，輕微的移位會導致加工完成的工件錯層，嚴重時工件有可能卡住鋪粉裝置，損壞設備。因此，需要足夠的支撐將成型工件固定。二是為了防止特定結構打印時的特征丟失，這主要是針對傾角較大的結構。

　　添加支撐是成型前處理的重要工作，對工件的成型質量有著重要影響。不同加工設備的支撐有所區別，主要分為兩類，一類是交錯的網狀結構，主要應用于底面平直部分較大的工件支撐；另一類是片狀的支撐，應用于圓柱面等非平直曲面的支撐。最小的支撐高度，即最低成型面到基板平面的距離，過高則造成工件的總成型高度過大，所需的鋪粉粉料用量變大；過低則會造成取件困難，綜合考慮，一般選擇3至5mm。

　　（3）確定工藝參數

　　工藝參數直接決定了成型工件的質量。工藝參數包括鋪粉厚度、激光掃描速度、掃描方式、工件擺放的空間位置等。

　　成型后處理

　　（1）取件

　　3D打印成型完畢后，打印工件淹沒在粉料里，取件時先將熔結產生的廢料清除，防止廢料污染粉料；然后將工作臺上升，在加工倉內進行初步的清粉，使用毛刷將未燒結的、依附在工件表面的粉料清掃入粉料回收缸，以備循環使用，最后將工件和基板一并取出。

　　（2）去除支撐

　　取件后，需將工件與基板分離，通常采用線切割、鋸等方式。線切割分離時間較長，多用于支撐較多，支撐連接處具有薄壁特征的工件分離，因為該分離方式較為柔和，不會造成工件變形。當工件較小、支撐較少，或支撐連接處為實心結構時，為節省分離時間，也可以采用鑿子直接將工件取下。

　　（3）清粉

　　該清粉主要針對模具的冷卻通道部分，可以采用毛刷直接清粉，也可以使用吸塵器或吹風機等輔助設備去除滯留在冷卻管道內部的粉料。冷卻通道的結構對清粉難度有一定的影響，例如直徑、通道曲率半徑等。

　　（4）噴砂

　　噴砂是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂等）高速噴射到需要處理的工件表面，使工件的外表或形狀發生變化，獲得一定的性能。對于SLM工藝成型的工件，噴砂主要有以下兩個目的：1）噴砂能清理粘連在工件表面的粉料，提高工件的光潔度和精度。工件表面在成型時會粘連少量未完全燒結的粉料，連接強度雖然較低但清粉時難以去除，因此采用噴砂處理。2）消除熱應力，提高工件的機械性能。粉料在燒結的過程中，熱應力積累，成型的工件內應力大，為防止使用過程產生變形或開裂，采用噴砂處理將其消除。

　　（5）其他加工

　　SLM工藝的技術優勢在于成型內部具有復雜、非規則結構的工件。注塑模具內部具有冷卻通道，外部具有各種結構類型，如凸臺、凹孔等。目前，由于SLM工藝成型的工件表面粗糙度較大，精度難以控制，將SLM成型的模具直接應用于塑料成型還不成熟，尤其是對表面光潔度、精度要求較高的塑料制件。因此，還需要借助其他傳統機械加工方式進行后續加工，才能滿足模具的精度、表面質量等要求。

　　3D打印技術在模具中的應用研究

　　目前，在國內，3D打印技術在模具中的應用研究，大多基于各研究單位自身在3D打印技術研究的基礎上進行的，如華中科技大學、華南理工大學等，并取得了一定的進展。