1 引言

      3D打印（3Dprinting）技術與傳統的模具製造“減材加工”技術相比，它是“增材加工”技術（shù），是以計算機三維設計模型為基礎，通過軟件（jiàn）分層離散和數控成型係統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細（xì）胞組織等特（tè）殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型成為（wéi）實體產品。目前，主要的3D打印技術有熱熔（róng）堆積成型（Fused Deposition Modeling,FDM）、光固化成（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）、三維粉末粘接成（chéng）型（Three Dimensional Printing andGluing,3DP）、選擇性激光燒結成型（Selecting LaserSintering,SLS）等，就現狀而言（yán），能適（shì）用於金屬製造業的也隻有3DP和SLS。

      2 3D打印技術與模具製造（zào）技（jì）術在生產過程中的異同分析

      3D打印技術和（hé）模具製造技術在機械行業應用的目的都是將原材料加工成（chéng）實體的零件，但在整個生產過程中存在（zài）著較多的不同（tóng）。現以圖1所示零件的加工過程為例，對比（bǐ）分析兩種加工（gōng）方式（shì）的異同。

      2.1 3D打印技術製造過程

      3D打印技術製（zhì）造（zào）模具過程主要通（tōng）過（guò）接單分析、軟（ruǎn）件設計造型、轉換打印3個（gè）步驟。主要工作原理（lǐ）如下：首先根據（jù）零件圖通過計算機三維設計將模型造型（xíng）出來（lái），如圖2所（suǒ）示，再（zài）用相應的軟件（jiàn）通過斷層（céng）掃描把零件的三維造型切成無數疊加的片，一片一片（piàn）的打印，然後疊加在（zài）一（yī）起成為一個立體物體的過程（chéng）。以3DP打印為例，其工作原理如圖3所示，先撒布一層打印（yìn）用的粉末材料，然後使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區域，讓材料粉末粘接，形成零件截麵，然後不斷循環（huán）重複（fù）鋪撒粉末材料、噴塗、粘接（jiē）的過程（chéng），層層（céng）疊加，獲得最終打印出來的零件。與傳統（tǒng）的製造工（gōng）藝相比，這種數字（zì）化製造模式不需要複雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多（duō）的（de）人力，其生產周期短（duǎn），節省加工材料。

      2.2 傳統模具製造過程

      傳統模具製造過程（chéng）在接單後還需對接單項目進行評審，評審過關後製定生產進度表，然後進行3D軟件修正、模流分（fèn）析、分型線及進（jìn）料點確定，最後反（fǎn）饋給客戶定稿，客戶滿意後（hòu）才能確定製造用的零件圖，才可以準備加工流程，其加工流程如圖4所示。從加工流程可見（jiàn），采用傳統的模具製造過程加工出一個合格的模（mó）具所需要的人力、物力較多，生產周期（qī）較長。

      3 3D打印技術的優越性

      通（tōng）過設計、生產過程的比（bǐ）較，3D打印技術作為時下最熱火的製造業前沿（yán）技術，其優（yōu）越性顯而易見。

      （1）3D打印技術在生產過程中能實現生產（chǎn）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（xiàn）了生產材料的“零”浪費。

       （2）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（shè）計者的思維方式，他們會根據零件承重、受力（lì）部位的不（bú）同進行思考。就如我國正（zhèng）在進（jìn）行起降訓練的殲15，其整個前起落（luò）架都由3D打印技術（shù）打印出來的（de），有專家分析，3D打印技術將彌補我國殲20發動機的不足（zú），從而加快我國國產戰機的（de）尖端技（jì）術的研發進度。

      （3）3D打印技術可以大大（dà）縮短生（shēng）產（chǎn）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（zhèng）的過程，縮短了生產周期，並能根據市場需求，及（jí）時調整生產批（pī）量。

      （4）3D打印技術可以大量減少設計、生產（chǎn）過程（chéng）中（zhōng）的人力資源。

      4 .3D打印（yìn）技術短期內無法替代傳統模具（jù）製造技術的（de）原因分析 

      3D打印是近幾年的熱門話題，3D打印在（zài）製造業的發展是我院“3D打印在機（jī）械製（zhì）造中的發展與應用”科研小組近（jìn）幾年研（yán）究的課題。通過（guò）實地考查以及實際操作，3D打印節約原材料、減少人力以及能設計就能加（jiā）工等優點讓人驚（jīng）歎。促進（jìn）3D打印技術快速（sù）且廣泛用於製造業成（chéng）為研究的主要課題之一。在研究過程中找出了3D打印技術從開始研發至（zhì）今仍不能完全替代傳統模具製造技術原因。

      （1）3D打印模具的零件尺寸受限（xiàn）。去年華中科技大學史玉升教授的團隊成功研製出1.2×1.2m的3D打印機，這在當時（shí）是（shì）世界加工麵積最大的設（shè）備。2013年大連理工大（dà）學（xué）教授姚（yáo）山及其團隊曆經10多年（nián）時間，成功研製了工作麵尺寸達到1.8×1.8m級的（de）激光3D打印機（jī），其技術刷新了世界最大3D打印機記（jì）錄，但這些設（shè）備仍不能滿足（zú）工業上大型模具的製造。如何（hé）解決3D打印大型模具的（de）技術（shù）難題是目（mù）前需要解決的問題。

      （2）3D打印模具的力學（xué）性能難保證。力（lì）學性能是零件的重要參數，為零件的選（xuǎn）材、設計、失（shī）效及分析、使用（yòng）和壽命提供了主要依據（jù）。據（jù）權（quán）威部門統計，由於材料失效所造成的經濟損失約占發達國家年產總值（GDP）的4%，其（qí）中航空工業材料失效又占材料失（shī）效的5%，可見零件力學（xué）性能的重要（yào）性。為此（cǐ），傳統的數控切削加工為了保證零件的力學性能，在生產過程中較多的時（shí）間是在對零件進行時效、熱處（chù）理等（děng）相關工作。而3D打印（yìn）技術卻不（bú）能完成這些工作，從而打印出的零件的力學性能較難（nán）保證。如何找（zhǎo）到更好的3D 打印原材料、如何改進3D打印技術、如何結合金屬熱處理等技術提高3D打印模具的強度、韌性、表麵硬度，是3D打印急需解決的難題。

      （3）3D打印技術可使用的材料（liào）種類較少、能提供（gòng）打印材料的供應商有（yǒu）限。

      傳統製（zhì）造業所用材料（liào）的種類繁多，同（tóng）一形狀的（de）零件（jiàn）因使用部位不同，考慮到經濟及其他因數（shù），所使用的材料大不相同。而目前我國的3D打印材料依賴進口，而掌握最多打印材料（liào）的以色列Object公司也（yě）隻（zhī）使用14種基（jī）本材料，107種混搭（dā）材（cái）料（liào），這些材料中能用於工業的就更少了。3D打印技（jì）術在打印零件時就不能因零件使用要求選材，從而提（tí）升了製造成本。

      5 3D打（dǎ）印技術與模具製造技術相容互補的前景分（fèn）析

      目前，針對（duì）3D打（dǎ）印技術和傳統加工技術存在的不足和優勢讓它們相容互補是目前3D打印技術發（fā）展的方向。例如，企業在開發新產品（pǐn）時，可（kě）以用（yòng）3D打印技（jì）術製造樣品（pǐn），傳統製造技術進行批（pī）量生產。因（yīn）為這樣不僅可以去除（chú）傳統（tǒng）模具製造先做模具，通過模具製造出樣品（pǐn），再進行多（duō）次修（xiū）改，最（zuì）後製作出滿意的樣品的步驟，還可以讓傳統製造（zào）的批量生產彌補3D打印速度慢、製作終端產品成（chéng）本高的劣勢，從而加快了（le）產品上（shàng）市的時間，提高了（le）經濟效率。

      此外還應著手分析工業材料生產方法並結合傳統製造中速熔連接技（jì）術，開發出用於工業生產、價廉質優的3D打印材料。

      在機床生產上麵（miàn）應思考將3D打印機與數控機床（chuáng）合二為一（yī），設計出高科技、多功能（néng）的新型製造（zào）機（jī）床。

      6 結（jié）束語（yǔ）

      3D 打印技術和傳統製造技術都存在優（yōu）勢和劣（liè）勢，目前3D打印技術還不能替代傳統製造技（jì）術。為此隻有通過探索、研究取兩技術之長處來推動製造業的高速發展。