1 引言

　　3D打?。?Dprinting）技術與傳統(tǒng)的模具制造“減材加工”技術相比，它是“增材加工”技術，是以計算機三維設計模型為基礎，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型成為實體產(chǎn)品。目前，主要的3D打印技術有熱熔堆積成型（Fused Deposition Modeling,FDM）、光固化成（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）、三維粉末粘接成型（Three Dimensional Printing andGluing,3DP）、選擇性激光燒結(jié)成型（Selecting LaserSintering,SLS）等，就現(xiàn)狀而言，能適用于金屬制造業(yè)的也只有3DP和SLS。

2 3D打印技術與模具制造技術在生產(chǎn)過程中的異同分析

　　3D打印技術和模具制造技術在機械行業(yè)應用的目的都是將原材料加工成實體的零件，但在整個生產(chǎn)過程中存在著較多的不同。

　　2.1 3D打印技術制造過程

　　3D打印技術制造模具過程主要通過接單分析、軟件設計造型、轉(zhuǎn)換打印3個步驟。主要工作原理如下：首先根據(jù)零件圖通過計算機三維設計將模型造型出來，再用相應的軟件通過斷層掃描把零件的三維造型切成無數(shù)疊加的片，一片一片的打印，然后疊加在一起成為一個立體物體的過程。以3DP打印為例，先撒布一層打印用的粉末材料，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷循環(huán)重復鋪撒粉末材料、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。與傳統(tǒng)的制造工藝相比，這種數(shù)字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，其生產(chǎn)周期短，節(jié)省加工材料。

　　2.2 傳統(tǒng)模具制造過程

　　傳統(tǒng)模具制造過程在接單后還需對接單項目進行評審，評審過關后制定生產(chǎn)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4所示。從加工流程可見，采用傳統(tǒng)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(chǎn)周期較長。

    3 3D打印技術的優(yōu)越性

　　通過設計、生產(chǎn)過程的比較，3D打印技術作為時下最熱火的制造業(yè)前沿技術，其優(yōu)越性顯而易見。
  
　?。?）3D打印技術在生產(chǎn)過程中能實現(xiàn)生產(chǎn)材料“零”浪費。3D打印技術的生產(chǎn)過程是根據(jù)零件的三維設計進行逐層打印，與傳統(tǒng)的“減材”加工相比，實現(xiàn)了生產(chǎn)材料的“零”浪費。

　?。?）3D打印技術可以加快產(chǎn)品的研發(fā)進度。3D打印技術改變了設計者的思維方式，他們會根據(jù)零件承重、受力部位的不同進行思考。就如我國正在進行起降訓練的殲15，其整個前起落架都由3D打印技術打印出來的，有專家分析，3D打印技術將彌補我國殲20發(fā)動機的不足，從而加快我國國產(chǎn)戰(zhàn)機的尖端技術的研發(fā)進度。

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

　?。?）3D打印技術可以大量減少設計、生產(chǎn)過程中的人力資源。

    4 .3D打印技術短期內(nèi)無法替代傳統(tǒng)模具制造技術的原因分析

　　3D打印是近幾年的熱門話題，3D打印在制造業(yè)的發(fā)展是我院“3D打印在機械制造中的發(fā)展與應用”科研小組近幾年研究的課題。通過實地考查以及實際操作，3D打印節(jié)約原材料、減少人力以及能設計就能加工等優(yōu)點讓人驚嘆。促進3D打印技術快速且廣泛用于制造業(yè)成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(fā)至今仍不能完全替代傳統(tǒng)模具制造技術原因。

　?。?）3D打印模具的零件尺寸受限。去年華中科技大學史玉升教授的團隊成功研制出1.2×1.2m的3D打印機，這在當時是世界加工面積最大的設備。2013年大連理工大學教授姚山及其團隊歷經(jīng)10多年時間，成功研制了工作面尺寸達到1.8×1.8m級的激光3D打印機，其技術刷新了世界最大3D打印機記錄，但這些設備仍不能滿足工業(yè)上大型模具的制造。如何解決3D打印大型模具的技術難題是目前需要解決的問題。

　　（2）3D打印模具的力學性能難保證。力學性能是零件的重要參數(shù)，為零件的選材、設計、失效及分析、使用和壽命提供了主要依據(jù)。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計，由于材料失效所造成的經(jīng)濟損失約占發(fā)達國家年產(chǎn)總值（GDP）的4%，其中航空工業(yè)材料失效又占材料失效的5%，可見零件力學性能的重要性。為此，傳統(tǒng)的數(shù)控切削加工為了保證零件的力學性能，在生產(chǎn)過程中較多的時間是在對零件進行時效、熱處理等相關工作。而3D打印技術卻不能完成這些工作，從而打印出的零件的力學性能較難保證。如何找到更好的3D 打印原材料、如何改進3D打印技術、如何結(jié)合金屬熱處理等技術提高3D打印模具的強度、韌性、表面硬度，是3D打印急需解決的難題。

　?。?）3D打印技術可使用的材料種類較少、能提供打印材料的供應商有限。

　　傳統(tǒng)制造業(yè)所用材料的種類繁多，同一形狀的零件因使用部位不同，考慮到經(jīng)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的以色列Object公司也只使用14種基本材料，107種混搭材料，這些材料中能用于工業(yè)的就更少了。3D打印技術在打印零件時就不能因零件使用要求選材，從而提升了制造成本。

    5 3D打印技術與模具制造技術相容互補的前景分析

　　目前，針對3D打印技術和傳統(tǒng)加工技術存在的不足和優(yōu)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(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時，可以用3D打印技術制造樣品，傳統(tǒng)制造技術進行批量生產(chǎn)。因為這樣不僅可以去除傳統(tǒng)模具制造先做模具，通過模具制造出樣品，再進行多次修改，最后制作出滿意的樣品的步驟，還可以讓傳統(tǒng)制造的批量生產(chǎn)彌補3D打印速度慢、制作終端產(chǎn)品成本高的劣勢，從而加快了產(chǎn)品上市的時間，提高了經(jīng)濟效率。

　　此外還應著手分析工業(yè)材料生產(chǎn)方法并結(jié)合傳統(tǒng)制造中速熔連接技術，開發(fā)出用于工業(yè)生產(chǎn)、價廉質(zhì)優(yōu)的3D打印材料。

　　在機床生產(chǎn)上面應思考將3D打印機與數(shù)控機床合二為一，設計出高科技、多功能的新型制造機床。

    6 結(jié)束語

　　3D 打印技術和傳統(tǒng)制造技術都存在優(yōu)勢和劣勢，目前3D打印技術還不能替代傳統(tǒng)制造技術。為此只有通過探索、研究取兩技術之長處來推動制造業(yè)的高速發(fā)展。