3D打印打开模具设计与制造的新空间

优胜设计史勇老师

金属3D打印最有效的应用领域在哪里？毫无疑问，注塑模具是一大应用领域。虽然我们的想象力仍然制约着这项技术潜力的发挥，然而，惊喜还是不断出现，而且最好的应用往往是那些无法通过传统加工方式来实现的产品。

位于美国密歇根的PTI马科姆工程塑料专注于生产注塑成型的塑料零件，他们为汽车制造商和医疗设备制造商提供注塑成型服务以帮助解决这些制造商面对的挑战。然而也就是在最近，PTI才意识到金属3D打印在注塑模具成型领域有更多的潜力可以挖掘。

没错！中空模具，3D打印打开模具设计与制造的新空间

图片：PTI的注塑车间

如此减重

还靠谱

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超越想象

一年多以来，PTI尝试通过增材制造来加工随形冷却的注塑模具。也就是说，通过粉末床3D打印技术来加工内部含弯曲冷却通道的模具，从而取代传统的钻孔方式实现模具在注塑过程中的快速冷却，结果是提高了模具的冷却效果和速度。这方面，不仅国外，国内包括上海悦瑞这样的企业在3D打印随形冷却模具方面积累了多年的经验。

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图片：原来的模具设计

然而，针对于PTI的注塑产品，PTI进行了更加大胆想象：能不能舍弃内部的通道，而采取中空模具呢？因为增材制造中空的模具会更加快速，更便宜。

可以肯定的是，中空模具听起来也是不可思议的，中空的模具就意味模具是轻量级的。然而，模具需要承受注射成型的高压力，所以我们印象中模具必须是沉重的、结实的。

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图片：中空的模具设计

PTI所制造的这个模具是用于医疗行业的，模具有7英寸高，通过仿真数学分析发现，这种薄壁的空心模具可以提供注塑所需的强度，PTI于是决定通过3D打印来制造工具钢材料的空心模具。

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图片：模具与注塑产品

模具制造完成后就进入了注塑环节，3D科学谷了解到PTI的工程师已经做好了空心模具在高压的注塑条件下发生裂纹的现象，然而，与仿真结果一致的是，模具并没有产生裂纹，相反却工作得很好。即使在最初的测试过程中发现了一些问题，中空模具仍然有效地工作，这足以证明这种想法是有前途的。不仅如此，注塑的节拍也从原来的46.5秒减少到41.5秒。

当然，3D科学谷认为由此就得出空心模具有多大的应用空间的结论太快了，还需要测试更多的不同形状以及不同大小、不同壁厚的情况。

而下一步，不管是采用随形冷却模具还是中空模具，可以肯定的一点是3D打印在注塑模具领域的发挥空间将越来越大。

冷却方法很特别

另外，3D科学谷认为值得一提的是空心模具在注塑过程中所用到的冷却介质。这次不是水，而是液体二氧化碳。

便携式的、可编程的二氧化碳输送系统是由林德工业气体提供的。液体二氧化碳实现了快速均匀的冷却效果。

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