三維打印用保形冷卻金屬模具已經(jīng)出現(xiàn)多年。從*初充滿疑慮到后來的逐步嘗試，現(xiàn)在3D打印金屬模具已經(jīng)得到越來越多客戶的認(rèn)可。2019年5月21日，在廣州舉行的2019年國際橡膠塑料展覽會(huì)上，一些3D印刷公司展示了它們?cè)谀＞咧械膽?yīng)用。通過對(duì)透明件模具的內(nèi)部顯示，可以清楚地看出，用3d打印機(jī)制作的模具可以具有復(fù)雜的保形冷卻流道。在注塑生產(chǎn)過程中，模具冷卻均勻、快速，提高了生產(chǎn)效率，延長了模具的使用壽命。
保形冷卻金屬模具可以形成更均勻的塑料制品制品，導(dǎo)致制品中的零缺陷，并且避免由不均勻的冷卻速率引起的收縮標(biāo)記。另外，在新注塑產(chǎn)品的開發(fā)中，新產(chǎn)品的開發(fā)可以通過較少的迭代來完成。當(dāng)效率、成本和性能都超越了傳統(tǒng)的模具，我們?yōu)槭裁床贿x擇3D打?。?br>
金屬3D打印技術(shù)及其專用電源的研究進(jìn)展
近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國家重視3D印刷技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金研究，3D印刷金屬部件一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。它不能打印模具、自行車、槍支等武器，甚至不能打印汽車、飛機(jī)等大型設(shè)備。三維打印作為一種新的制造技術(shù)，在設(shè)備設(shè)計(jì)與制造、設(shè)備保障、航空航天等領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出強(qiáng)大的發(fā)展勢(shì)頭。
1 3D打印概述
1.1 基本概述
3D打印技術(shù)的核心思想起源于19世紀(jì)末的美國，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國查爾斯·赫爾發(fā)明了臺(tái)3D打印機(jī)。3D打印技術(shù)于1991年在中國開始研究。大約在2000年，這些過程開始從實(shí)驗(yàn)室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時(shí)，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱為快速成型技術(shù)，材料加成制造。但為了方便公眾接受，這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計(jì)的快速成型技術(shù)，三維物體的生成技術(shù)是利用金屬粉末或樹脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱為“上個(gè)世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場(chǎng)”。
1.2 3D打印特點(diǎn)
1)精度高。目前，3D打印裝置的精度可以控制在0.3mm以下。
2）短周期。3D打印不需要模具的制造工藝，大大縮短了模型的生產(chǎn)時(shí)間。一般來說，模型可以在幾小時(shí)甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來。
3)個(gè)性化。3D打印對(duì)打印模型的數(shù)量沒有限制，無論是否可以以相同的成本進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)打印。
4）材料的多樣性。3D打印系統(tǒng)可以打印不同的材料，這些材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對(duì)較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對(duì)昂貴，但如果用于制作個(gè)性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對(duì)較低。
2 金屬3D打印技術(shù)
金屬零件三維打印技術(shù)是整個(gè)三維打印系統(tǒng)中進(jìn)、最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用的需要，利用快速成型直接制造金屬功能零件已成為快速成型的主要發(fā)展方向。目前，直接制造金屬功能件的快速成型方法主要有：選擇性激光熔接（SLM）、電子束選擇性熔接（EBSM）、激光工程網(wǎng)成型（透鏡）等。
2.1激光工程清潔成形技術(shù)（透鏡）。
透鏡是桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點(diǎn)是直接制造具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的金屬功能零件或模具；多種可加工金屬或合金材料可以實(shí)現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點(diǎn)高、加工難度大的材料。

自2000年以來，模具工業(yè)以每年20%的速度增長。“十一五”期間，產(chǎn)銷兩旺，產(chǎn)量、質(zhì)量、水平進(jìn)一步提高。尤其是汽車制造業(yè)和IT制造業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了模具等級(jí)的提高。優(yōu)良的模具制造設(shè)備為提高模具技術(shù)水平提供了保障。
目前，中國制造業(yè)的快速原型占整個(gè)模型產(chǎn)業(yè)的30%左右。隨著我國汽車、家電、電子通訊及各種產(chǎn)品的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來車型市場(chǎng)中塑料車型占總車型的比例將逐步提高，發(fā)展速度將加快。比其他模具快。"羅百輝"說，以汽車工業(yè)為例，在汽車生產(chǎn)中，各種功能部件必須依靠模具成型，只制造普通汽車需要200多個(gè)內(nèi)部裝飾模具，并從模型行業(yè)的生產(chǎn)能力制造保險(xiǎn)杠、儀表板、燃油箱、方向盤和其他大中型塑料模具，目前的滿意度僅為20%左右。
深圳市手板模型公司認(rèn)為，隨著汽車市場(chǎng)的不斷復(fù)蘇，中國政府推出的“新舊交替”補(bǔ)貼政策，以及3D打印在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，中國的3D打印模型得到了長足的發(fā)展。近年來PED發(fā)展迅速，汽車模型市場(chǎng)潛力巨大。

精度控制技術(shù)
材料加成制造的精度取決于材料層厚的增加和加料單元的尺寸和精度控制。加料制造和切削制造*大的區(qū)別在于材料需要一個(gè)逐層累積的系統(tǒng)，所以重涂是材料累積的必要過程。涂層厚度直接決定了零件在累積方向上的精度和表面粗糙度。材料添加單元的控制直接決定了零件的*小特征制造。零件的能力和精度。在現(xiàn)有的制造方法中，激光或電子束常常用來在材料上逐點(diǎn)形成添加單元，如激光熔化微熔池的尺寸和金屬直接成形過程中外部氣氛的控制等，這直接影響到零件的制造精度和性能。激光光斑在0.1毫米到0.2毫米之間。激光作用于金屬粉末。金屬粉末熔化形成的熔池對(duì)成形精度有重要影響。通過激光或電子束光斑直徑、成形過程(掃描速度、能量密度)和材料性能的協(xié)調(diào)，有效控制加入元件的尺寸是提高零件精度的關(guān)鍵技術(shù)。隨著激光技術(shù)、電子束技術(shù)和光投射技術(shù)的發(fā)展，未來將發(fā)展兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是在金屬直接制造中控制激光光斑較小；二是逐點(diǎn)掃描，使添加單元達(dá)到微納米級(jí)，提高精度。二是平面投影光固化成型技術(shù)，投影控制。隨著液晶技術(shù)的發(fā)展，單元的分辨率逐漸提高，加入單元更小，可以實(shí)現(xiàn)高精度、率的制造。發(fā)展目標(biāo)是將增加層的厚度和增加單元的尺寸減少10到100倍，從現(xiàn)有的0.1mm提高到0.01～0.001mm，并且制造精度達(dá)到微納米級(jí)。
金屬粉末和金屬絲激光金屬沉積（LMD）三維打印技術(shù)
工藝概述：
激光金屬沉積(LMD)是一種焊接過程。該材料被引入高功率激光產(chǎn)生的熔池中。LMD屬于定向能量沉積(DED)過程。通常，填充材料是粉末，通過激光束周圍的錐形環(huán)形噴嘴噴射。添加的材料形成一個(gè)焊接，然后涂層金屬下面。該工藝用于部件耐磨性增加的包層應(yīng)用、材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用或復(fù)雜幾何形狀的自由制造（3D打?。?。與其他焊接形式相比，LMD在裝配過程中熱影響范圍較小，稀釋度較低，殘余應(yīng)力較低。
沉積線材：
在當(dāng)今的工業(yè)中，粉末LMD比線沉積更為常見，因?yàn)樗菀子脝我坏母吖β始す庠磳?shí)現(xiàn)。然而，粉末的加工存在許多缺點(diǎn)：
粉末比電線貴得多，這是有問題的，因?yàn)長MD通常用于制造使用大量材料的大中型部件。
此外，并非所有通過噴嘴的粉末都被捕獲在浴中。對(duì)于自由制造，實(shí)際粉末利用率在20-80%之間，很大程度上取決于部分細(xì)度和工藝參數(shù)。從材料成本的角度來看，這是一個(gè)問題，從工程的角度來看也是一個(gè)問題。將粉末沉積頭重新安裝到任何未專門設(shè)計(jì)的加工上都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。此外，用戶還需要處理未使用的粉末和粉末材料可能會(huì)造成健康風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，盤條的利用率為100%，盤條的原材料不會(huì)造成任何危險(xiǎn)。

打破傳統(tǒng)打印模式
“隨著個(gè)人終端用戶液態(tài)金屬印刷設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和進(jìn)入市場(chǎng)，意味著打印機(jī)領(lǐng)域電子電路制造模式的新時(shí)代的開啟。劉靜說印刷技術(shù)將廣泛用于家庭、辦公室、學(xué)校、工廠甚至工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)探索、文化創(chuàng)意和其他應(yīng)用。
目前，以劉靜為首的研究團(tuán)隊(duì)在近10個(gè)領(lǐng)域探索了液態(tài)金屬電子打印機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用價(jià)值。液態(tài)金屬印刷機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大面積柔性印刷電路板、電子傳感器、電子藝術(shù)、電子裝飾、電子建筑設(shè)計(jì)、人物肖像、電路單元、電子賀卡?！皩?shí)時(shí)印刷和制作電子圖案，甚至功能齊全。電子設(shè)備?！皠㈧o說。
值得一提的是，在本屆展會(huì)上發(fā)布的液態(tài)金屬噴墨打印設(shè)備、室溫金屬3D打印機(jī)、液態(tài)金屬打印耗材、柔性電子設(shè)計(jì)服務(wù)和應(yīng)用等新產(chǎn)品和新技術(shù)，能夠快速制造出電子電路在任意材料和表面上，也吸引了大量的國內(nèi)外工人。制造商、知名投資機(jī)構(gòu)和政府部門的關(guān)注。
我們將向中關(guān)村的創(chuàng)始成員推薦液態(tài)金屬打印機(jī)，這樣神奇的是，可以在樹葉上甚至在磚上實(shí)現(xiàn)印刷功能，為北京的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)和其他行業(yè)的發(fā)展提供更有力的技術(shù)支持?！爸嘘P(guān)村管委會(huì)有關(guān)人員向筆者介紹了這一點(diǎn)。
劉靜解釋說，這是因?yàn)橐簯B(tài)金屬打印機(jī)徹底改變了傳統(tǒng)的技術(shù)模式，打破了個(gè)人電子制造的技術(shù)瓶頸和障礙，使打印機(jī)能夠以低成本迅速和隨意地制造電子電路。