1 引言

　　3D打印（3Dprinting）技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造“減材加工”技術(shù)相比，它是“增材加工”技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)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(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型成為實(shí)體產(chǎn)品。目前，主要的3D打印技術(shù)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(shù)與模具制造技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中的異同分析

　　3D打印技術(shù)和模具制造技術(shù)在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的目的都是將原材料加工成實(shí)體的零件，但在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中存在著較多的不同。

　　2.1 3D打印技術(shù)制造過(guò)程

　　3D打印技術(shù)制造模具過(guò)程主要通過(guò)接單分析、軟件設(shè)計(jì)造型、轉(zhuǎn)換打印3個(gè)步驟。主要工作原理如下：首先根據(jù)零件圖通過(guò)計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)將模型造型出來(lái)，再用相應(yīng)的軟件通過(guò)斷層掃描把零件的三維造型切成無(wú)數(shù)疊加的片，一片一片的打印，然后疊加在一起成為一個(gè)立體物體的過(guò)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(fù)鋪撒粉末材料、噴涂、粘接的過(guò)程，層層疊加，獲得最終打印出來(lái)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(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)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(guò)程

　　傳統(tǒng)模具制造過(guò)程在接單后還需對(duì)接單項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審過(guò)關(guān)后制定生產(chǎn)進(jìn)度表，然后進(jìn)行3D軟件修正、模流分析、分型線及進(jìn)料點(diǎn)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(zhǔn)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(tǒng)的模具制造過(guò)程加工出一個(gè)合格的模具所需要的人力、物力較多，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

    3 3D打印技術(shù)的優(yōu)越性

　　通過(guò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程的比較，3D打印技術(shù)作為時(shí)下最熱火的制造業(yè)前沿技術(shù)，其優(yōu)越性顯而易見(jiàn)。
  
　?。?）3D打印技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)材料“零”浪費(fèi)。3D打印技術(shù)的生產(chǎn)過(guò)程是根據(jù)零件的三維設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層打印，與傳統(tǒng)的“減材”加工相比，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)材料的“零”浪費(fèi)。

　?。?）3D打印技術(shù)可以加快產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度。3D打印技術(shù)改變了設(shè)計(jì)者的思維方式，他們會(huì)根據(jù)零件承重、受力部位的不同進(jìn)行思考。就如我國(guó)正在進(jìn)行起降訓(xùn)練的殲15，其整個(gè)前起落架都由3D打印技術(shù)打印出來(lái)的，有專(zhuān)家分析，3D打印技術(shù)將彌補(bǔ)我國(guó)殲20發(fā)動(dòng)機(jī)的不足，從而加快我國(guó)國(guó)產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)的尖端技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度。

　　（3）3D打印技術(shù)可以大大縮短生產(chǎn)周期。3D打印技術(shù)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，省去了傳統(tǒng)加工過(guò)程中工藝設(shè)計(jì)與求證的過(guò)程，縮短了生產(chǎn)周期，并能根據(jù)市場(chǎng)需求，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)批量。

　?。?）3D打印技術(shù)可以大量減少設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中的人力資源。

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

　　3D打印是近幾年的熱門(mén)話題，3D打印在制造業(yè)的發(fā)展是我院“3D打印在機(jī)械制造中的發(fā)展與應(yīng)用”科研小組近幾年研究的課題。通過(guò)實(shí)地考查以及實(shí)際操作，3D打印節(jié)約原材料、減少人力以及能設(shè)計(jì)就能加工等優(yōu)點(diǎn)讓人驚嘆。促進(jìn)3D打印技術(shù)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(guò)程中找出了3D打印技術(shù)從開(kāi)始研發(fā)至今仍不能完全替代傳統(tǒng)模具制造技術(shù)原因。

　?。?）3D打印模具的零件尺寸受限。去年華中科技大學(xué)史玉升教授的團(tuán)隊(duì)成功研制出1.2×1.2m的3D打印機(jī)，這在當(dāng)時(shí)是世界加工面積最大的設(shè)備。2013年大連理工大學(xué)教授姚山及其團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10多年時(shí)間，成功研制了工作面尺寸達(dá)到1.8×1.8m級(jí)的激光3D打印機(jī)，其技術(shù)刷新了世界最大3D打印機(jī)記錄，但這些設(shè)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(shù)難題是目前需要解決的問(wèn)題。

　　（2）3D打印模具的力學(xué)性能難保證。力學(xué)性能是零件的重要參數(shù)，為零件的選材、設(shè)計(jì)、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(mén)統(tǒng)計(jì)，由于材料失效所造成的經(jīng)濟(jì)損失約占發(fā)達(dá)國(guó)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(jiàn)零件力學(xué)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(xué)性能，在生產(chǎn)過(guò)程中較多的時(shí)間是在對(duì)零件進(jìn)行時(shí)效、熱處理等相關(guān)工作。而3D打印技術(shù)卻不能完成這些工作，從而打印出的零件的力學(xué)性能較難保證。如何找到更好的3D 打印原材料、如何改進(jìn)3D打印技術(shù)、如何結(jié)合金屬熱處理等技術(shù)提高3D打印模具的強(qiáng)度、韌性、表面硬度，是3D打印急需解決的難題。

　　（3）3D打印技術(shù)可使用的材料種類(lèi)較少、能提供打印材料的供應(yīng)商有限。

　　傳統(tǒng)制造業(yè)所用材料的種類(lèi)繁多，同一形狀的零件因使用部位不同，考慮到經(jīng)濟(jì)及其他因數(shù)，所使用的材料大不相同。而目前我國(guó)的3D打印材料依賴(lài)進(jìn)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(shù)在打印零件時(shí)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(shù)與模具制造技術(shù)相容互補(bǔ)的前景分析

　　目前，針對(duì)3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)加工技術(shù)存在的不足和優(yōu)勢(shì)讓它們相容互補(bǔ)是目前3D打印技術(shù)發(fā)展的方向。例如，企業(yè)在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可以用3D打印技術(shù)制造樣品，傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)。因?yàn)檫@樣不僅可以去除傳統(tǒng)模具制造先做模具，通過(guò)模具制造出樣品，再進(jìn)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(bǔ)3D打印速度慢、制作終端產(chǎn)品成本高的劣勢(shì)，從而加快了產(chǎn)品上市的時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效率。

　　此外還應(yīng)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(shù)，開(kāi)發(fā)出用于工業(yè)生產(chǎn)、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的3D打印材料。

　　在機(jī)床生產(chǎn)上面應(yīng)思考將3D打印機(jī)與數(shù)控機(jī)床合二為一，設(shè)計(jì)出高科技、多功能的新型制造機(jī)床。

    6 結(jié)束語(yǔ)

　　3D 打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)都存在優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，目前3D打印技術(shù)還不能替代傳統(tǒng)制造技術(shù)。為此只有通過(guò)探索、研究取兩技術(shù)之長(zhǎng)處來(lái)推動(dòng)制造業(yè)的高速發(fā)展。