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应用简介

利用增材制造技术生产耐

用金属模具

作者：3DSystems高级应用开发工程师

IñigoMarco博士

介绍

生产热塑塑料铸件最常用的方法是注塑成型。注塑成型是有史以来应用最广泛、最成功的制造工艺之一，几乎涵盖所有主要行业，并且在

汽车零部件制造业中起着举足轻重的作用。

注塑成型通常使用由钢或金属合金构成的模具，耐用性出色，可在生产运行中持续数千次注塑周期。成型工艺需要将熔融材料注入符合

最终部件形状的型腔中，然后快速冷却以确保材料固化。冷却时间必须足够长，使部件完全凝固，从而在适当变形的情况下弹出部件。对

于生产优质部件同时加快周期时间、优化生产力和资源而言，对冷却工艺的把控至关重要。

通常采用在模具中循环冷流体以冷却型腔表面的方式，对模具镶件进行冷却。增材制造(AM)经证明是一种成功的冷却工艺优化解决方

案，该工艺能生成精细的冷却流道。这种冷却工艺称为随形冷却。模具的表面可能极其复杂，使其难以冷却。较之传统制造技术，增材制

造能够设计和制造可整合冷却流道的部件。

利用增材制造技术生产耐用金属模具的示例

增材制造固有的设计自由度有助于轻松生产出设计复杂的模具。借助增材制造，可以打印出具有内部冷却流道的高硬度、腐蚀模具。

从而制造出与部件表面保持恒定距离的流道，实现均匀冷却。由于散热更高效，冷却时间得以大大缩短。因此可以实现部件的均匀冷却，

防止因冷却不均匀而引起的翘曲和变形。

汽车部件通常需要遵守严格公差，并且部件之间需要保持统一–这些品质可通过注塑成型轻松实现。增材制造提供的随形冷却优化使

汽车制造商对实现高产量和延长工具使用寿命满怀信心。

通过生产模具、用于冲压模具生产的镶件、冬季轮胎沟槽以及在随形冷却、无缝薄壁部件精度和设计复杂性方面均超出传统制造水平的

诸多有利应用，耐用金属增材制造部件能够使汽车行业显著获益。

3DSYSTEMS|应用简介|利用增材制造技术生产耐用金属模具|2022年3月2

推动耐用金属模具采用增材制造的关键因素

复杂设计快速迭代

增材制造能够准确打印复杂的几何形状。采用传统方法创建高效的冷却流道极具挑战性。因为冷却流道往往具有不同深度，宽窄不一，

并且模具表面容易出现卷曲。此外，增材制造还能加快设计迭代。

使用一体化金属增材制造软件解决方案，可以快速应用和迭代复杂的随形冷却流道，以创建最高效的设计。

设计自由度薄壁

通过采用增材制造，模具制造商可获得借助传统方法无法实现直接金属打印(DMP)可以实现低至0.3毫米的高精度壁厚

的全新设计可能性。对于具有随形冷却流道的增材制造部件，（取决于具体应用情形），从而实现用于生产复杂轮胎胎面的冬

可遵循多年来渐趋成熟完善的设计指南，以轻松克服颇具挑战季轮胎沟槽以及需要狭窄设计的冷却通道等诸多应用。

性的几何形状限制，例如菱形、椭圆形或泪珠形等自支撑结构。

此分段模具中打印的轮胎沟槽壁厚为500微米。

金属增材制造固有的设计自由度尤其适用于冷却流道设

计，使设计师能够克服传统方法的局限性并应用高效的冷

却结构，例如通过增材制造软件生成的冷却结构。

3DSYSTEMS|应用简介|利用增材制造技术生产耐用金属模具|2022年3月3

最优生产力和较低的每部件成本

采用传统方式生产注塑模具是一笔不菲的开销，而且模具越复杂，成

本越高。而如果借助增材制造，只需生产简单部件的成本，即可实现复

杂部件生产。通常，通过增材制造技术优化和制造的模具可缩短多达

22%的周期时间以及多达30个小时的模具后处理时间，同时减少多

达18%的模具成本

耐用性

高效制造需要依靠较长的工具使用寿命。通过增材制造生产的耐用金

属模具能够优化组件，同时延长模具使用寿命，从而最大限度地提高

失效前的压射成品数量。例如，可使用经认证的M789(A)金属增材制

造材料制造高硬度或耐磨、耐腐蚀的无钴模具和工具，以管理散热、实

现均匀冷却并减少翘曲和变形。使用增材制造可大大减少模具成本、模具生产时间和注塑周