降本、提質(zhì)、增效的實踐是模具企業(yè)持續(xù)提升競爭力的不二法門，而選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)為實現(xiàn)這些目標(biāo)提供了新的可能性。但盡管金屬3D打印模具的優(yōu)勢已得到充分證明并已多次提出，但在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展仍然緩慢。

那么，在應(yīng)用增材制造技術(shù)的過程中，模具制造用戶遇到了哪些挑戰(zhàn)呢？怎樣才能幫助模具企業(yè)克服這些挑戰(zhàn)，加速引入增材制造技術(shù)并借助3D打印技術(shù)提升競爭力呢？精密制造企業(yè)GF 加工方案結(jié)合中國模具制造用戶的3D打印應(yīng)用實際情況以及面向模具制造全流程而提出的增材、減材集成化解決方案，就這些問題進(jìn)行了分享。

價值認(rèn)知與技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)
3D打印具有隨形水路的模芯模仁可大幅縮短注塑周期，貼近產(chǎn)品表面的水路增加散熱面積，可有效將模具因熱分布不均勻的衍生問題降至最低。自這一技術(shù)在 2015 年商業(yè)化應(yīng)用后，至今國內(nèi)已有超過20 家企業(yè)配備共計 100 臺以上的金屬打印機，日夜生產(chǎn)模芯模仁，創(chuàng)造的行業(yè)總產(chǎn)值逾 1 億人民幣。但與高達(dá)3118.96億人民幣的國內(nèi)模具市場規(guī)模相比，3D 打印應(yīng)用仍處于產(chǎn)業(yè)化的初期[1]。

來源：GF 加工方案

那么，是什么原因阻礙了3D打印技術(shù)在模具制造中的迅速發(fā)展呢？關(guān)于這個問題，可以從兩個層面來進(jìn)行分析。一方面，企業(yè)對于3D打印模具的特定成本與產(chǎn)品生命周期認(rèn)知不足，甚至只考慮到了3D打印工藝的高成本，而沒有意識到這一技術(shù)在注塑零件質(zhì)量、模具注塑周期等方面帶來的附加價值。另一方面是對從傳統(tǒng)減材技術(shù)向增材制造轉(zhuǎn)型時可能會遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)的顧慮。

特定成本與產(chǎn)品生命周期

首先來看3D打印模具制造的特定成本及產(chǎn)品生命周期。很多模具廠在了解到3D打印這個單一工藝的成本后就已經(jīng)踟躕不前，但實際情況是，通常我們并不會整套模具都使用3D打印，而是選取模具的模芯或者需要特殊冷卻的零部件來打印，再將其做為鑲件鑲進(jìn)模具。

來源：GF 加工方案

同時，雖然金屬打印的隨形冷卻鑲件制作成本增加了，但是整體工時是縮短的。另外，在實際生產(chǎn)中，相較于單個工藝成本，我們更需要關(guān)注的是整體效益。通過3D打印的隨形冷卻水路，我們能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻時間的縮短和模具溫度的迅速平衡。在獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量的同時通過生產(chǎn)周期的縮短而獲得更高的產(chǎn)量，實現(xiàn)更好的效益。另一方面，即使工廠對同一模具的產(chǎn)量需求保持不變，卻仍可以將通過3D打印而節(jié)省的時間和人員投入來生產(chǎn)其它的產(chǎn)品，獲得更高的投資回報。

從模具制造全流程角度進(jìn)行優(yōu)化

還有的模具企業(yè)雖然認(rèn)知到了引入3D打印技術(shù)的價值，但對采用新技術(shù)仍有諸多顧慮，例如：目前3D打印模具的精度仍然無法滿足成品模具的要求，絕大多數(shù)3D打印模具都需要再進(jìn)行后處理。怎樣進(jìn)行各工藝之間的無縫銜接，順利將3D打印技術(shù)融入目前的生產(chǎn)流程，在最短的時間能運用這一技術(shù)為企業(yè)創(chuàng)造效益？

這一擔(dān)憂也不無道理，因為生產(chǎn)工藝的融合度高低直接影響了使用成本。
現(xiàn)實狀況是企業(yè)對于生產(chǎn)工藝的融合度一般較低，而模具工件多為三維曲面加工，一個稍微復(fù)雜的模具零件 60% 以上均要同時應(yīng)用到 CNC 加工中心、EDM 電火花機、慢走絲等加工設(shè)備。當(dāng)工件在各種不同的設(shè)備之間輪轉(zhuǎn)時需要重新裝夾和調(diào)校水平度以確保其精度，在傳統(tǒng)加工中我們已經(jīng)可以非常熟練的使用夾具來解決這個問題。而在3D打印的模具上，由于沒有增材專用夾具，業(yè)內(nèi)普遍使用人工調(diào)校工件水平度、手動找中心點的方式，而這一環(huán)節(jié)又十分依賴于人員的熟練程度并受工件大小及復(fù)雜程度的影響，一般耗時 10 – 30 分鐘。試想當(dāng)下使用 3D 打印技術(shù)較普遍的電子煙外殼模具，一個批次超過 100 個的需求并不罕見，若每個零件都需要花上 10 分鐘定位， 浪費的時間則相當(dāng)驚人。

在此期間后端的加工設(shè)備完全停用，很大程度上制約了單臺機器的生產(chǎn)能力。針對這個問題，GF加工方案將其非常成熟的 System3R 夾具方案整合到 3D 打印設(shè)備中，為零件提供了基準(zhǔn)點，省去零件在不同機床間輪轉(zhuǎn)時繁瑣費時的定位工作，提升生產(chǎn)效率。

來源：GF 加工方案

另一個顧慮則在于對3D打印技術(shù)是否成熟到可以保證產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性的質(zhì)疑。從目前常見的模具打印時所遇到的難題來看，模具壽命、開裂、漏水、堵塞等常見問題仍在不同程度的影響著3D打印技術(shù)在模具上的應(yīng)用。分析這些技術(shù)問題的成因，我們不難發(fā)現(xiàn)單從增材制造工藝上優(yōu)化改善是不夠的，更重要的是此工藝與其他流程的搭配，包含產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、加工，材料研發(fā)、到后期的注塑工藝流程等環(huán)節(jié)。而習(xí)慣于使用傳統(tǒng)工藝的模具用戶們想要從短期內(nèi)迅速轉(zhuǎn)換到增材制造的全流程思維，并產(chǎn)出最大的效益著實有難度。

GF 加工方案AMotion Center

為了協(xié)助模具用戶克服這一難題，縮短學(xué)習(xí)曲線，降低失敗成本，用最短的時間掌握3D打印技術(shù)并開啟應(yīng)用，將這一技術(shù)引入企業(yè)內(nèi)部從而提升競爭力。GF在中國上海建立了亞洲區(qū)第一個增材制造應(yīng)用創(chuàng)新中心-AMotion Center, 將軟件與硬件，增材與減材集成于一體，為所有希望探索3D打印技術(shù)應(yīng)用的客戶提供了一個平臺及示范。

除此之外，GF加工方案還在華東、華南以及西南各區(qū)域建立了模具 3D 打印創(chuàng)新平臺，平臺中匯聚了模具頭部企業(yè)、材料供應(yīng)商、注塑機廠家、品牌用戶，將促進(jìn)模具制造上下游企業(yè)之間的深度合作。

只有從更宏觀的新高度評估、審視生產(chǎn)流程上的每一環(huán)節(jié)，才能真正解決模具企業(yè)應(yīng)用 3D 打印可能存在的問題，并推動這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。而GF加工方案打通增材制造工藝鏈各個環(huán)節(jié)，形成了增材、減材完整解決方案，旨在改善金屬增材制造生態(tài)系統(tǒng)，并以扎實的技術(shù)專長為模具制造提供支持。

參考資料：
[1] 中國產(chǎn)業(yè)信息.《2019年中國模具行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析》。

來源：3D科學(xué)谷

降本、提質(zhì)、增效的實踐是模具企業(yè)持續(xù)提升競爭力的不二法門，而選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)為實現(xiàn)這些目標(biāo)提供了新的可能性。但盡管金屬3D打印模具的優(yōu)勢已得到充分證明并已多次提出，但在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展仍然緩慢。

那么，在應(yīng)用增材制造技術(shù)的過程中，模具制造用戶遇到了哪些挑戰(zhàn)呢？怎樣才能幫助模具企業(yè)克服這些挑戰(zhàn)，加速引入增材制造技術(shù)并借助3D打印技術(shù)提升競爭力呢？精密制造企業(yè)GF 加工方案結(jié)合中國模具制造用戶的3D打印應(yīng)用實際情況以及面向模具制造全流程而提出的增材、減材集成化解決方案，就這些問題進(jìn)行了分享。

價值認(rèn)知與技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)
3D打印具有隨形水路的模芯模仁可大幅縮短注塑周期，貼近產(chǎn)品表面的水路增加散熱面積，可有效將模具因熱分布不均勻的衍生問題降至最低。自這一技術(shù)在 2015 年商業(yè)化應(yīng)用后，至今國內(nèi)已有超過20 家企業(yè)配備共計 100 臺以上的金屬打印機，日夜生產(chǎn)模芯模仁，創(chuàng)造的行業(yè)總產(chǎn)值逾 1 億人民幣。但與高達(dá)3118.96億人民幣的國內(nèi)模具市場規(guī)模相比，3D 打印應(yīng)用仍處于產(chǎn)業(yè)化的初期[1]。

來源：GF 加工方案

那么，是什么原因阻礙了3D打印技術(shù)在模具制造中的迅速發(fā)展呢？關(guān)于這個問題，可以從兩個層面來進(jìn)行分析。一方面，企業(yè)對于3D打印模具的特定成本與產(chǎn)品生命周期認(rèn)知不足，甚至只考慮到了3D打印工藝的高成本，而沒有意識到這一技術(shù)在注塑零件質(zhì)量、模具注塑周期等方面帶來的附加價值。另一方面是對從傳統(tǒng)減材技術(shù)向增材制造轉(zhuǎn)型時可能會遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)的顧慮。

特定成本與產(chǎn)品生命周期

首先來看3D打印模具制造的特定成本及產(chǎn)品生命周期。很多模具廠在了解到3D打印這個單一工藝的成本后就已經(jīng)踟躕不前，但實際情況是，通常我們并不會整套模具都使用3D打印，而是選取模具的模芯或者需要特殊冷卻的零部件來打印，再將其做為鑲件鑲進(jìn)模具。

來源：GF 加工方案

同時，雖然金屬打印的隨形冷卻鑲件制作成本增加了，但是整體工時是縮短的。另外，在實際生產(chǎn)中，相較于單個工藝成本，我們更需要關(guān)注的是整體效益。通過3D打印的隨形冷卻水路，我們能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻時間的縮短和模具溫度的迅速平衡。在獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量的同時通過生產(chǎn)周期的縮短而獲得更高的產(chǎn)量，實現(xiàn)更好的效益。另一方面，即使工廠對同一模具的產(chǎn)量需求保持不變，卻仍可以將通過3D打印而節(jié)省的時間和人員投入來生產(chǎn)其它的產(chǎn)品，獲得更高的投資回報。

從模具制造全流程角度進(jìn)行優(yōu)化

還有的模具企業(yè)雖然認(rèn)知到了引入3D打印技術(shù)的價值，但對采用新技術(shù)仍有諸多顧慮，例如：目前3D打印模具的精度仍然無法滿足成品模具的要求，絕大多數(shù)3D打印模具都需要再進(jìn)行后處理。怎樣進(jìn)行各工藝之間的無縫銜接，順利將3D打印技術(shù)融入目前的生產(chǎn)流程，在最短的時間能運用這一技術(shù)為企業(yè)創(chuàng)造效益？

這一擔(dān)憂也不無道理，因為生產(chǎn)工藝的融合度高低直接影響了使用成本。
現(xiàn)實狀況是企業(yè)對于生產(chǎn)工藝的融合度一般較低，而模具工件多為三維曲面加工，一個稍微復(fù)雜的模具零件 60% 以上均要同時應(yīng)用到 CNC 加工中心、EDM 電火花機、慢走絲等加工設(shè)備。當(dāng)工件在各種不同的設(shè)備之間輪轉(zhuǎn)時需要重新裝夾和調(diào)校水平度以確保其精度，在傳統(tǒng)加工中我們已經(jīng)可以非常熟練的使用夾具來解決這個問題。而在3D打印的模具上，由于沒有增材專用夾具，業(yè)內(nèi)普遍使用人工調(diào)校工件水平度、手動找中心點的方式，而這一環(huán)節(jié)又十分依賴于人員的熟練程度并受工件大小及復(fù)雜程度的影響，一般耗時 10 – 30 分鐘。試想當(dāng)下使用 3D 打印技術(shù)較普遍的電子煙外殼模具，一個批次超過 100 個的需求并不罕見，若每個零件都需要花上 10 分鐘定位， 浪費的時間則相當(dāng)驚人。

在此期間后端的加工設(shè)備完全停用，很大程度上制約了單臺機器的生產(chǎn)能力。針對這個問題，GF加工方案將其非常成熟的 System3R 夾具方案整合到 3D 打印設(shè)備中，為零件提供了基準(zhǔn)點，省去零件在不同機床間輪轉(zhuǎn)時繁瑣費時的定位工作，提升生產(chǎn)效率。

來源：GF 加工方案

另一個顧慮則在于對3D打印技術(shù)是否成熟到可以保證產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性的質(zhì)疑。從目前常見的模具打印時所遇到的難題來看，模具壽命、開裂、漏水、堵塞等常見問題仍在不同程度的影響著3D打印技術(shù)在模具上的應(yīng)用。分析這些技術(shù)問題的成因，我們不難發(fā)現(xiàn)單從增材制造工藝上優(yōu)化改善是不夠的，更重要的是此工藝與其他流程的搭配，包含產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、加工，材料研發(fā)、到后期的注塑工藝流程等環(huán)節(jié)。而習(xí)慣于使用傳統(tǒng)工藝的模具用戶們想要從短期內(nèi)迅速轉(zhuǎn)換到增材制造的全流程思維，并產(chǎn)出最大的效益著實有難度。

GF 加工方案AMotion Center

為了協(xié)助模具用戶克服這一難題，縮短學(xué)習(xí)曲線，降低失敗成本，用最短的時間掌握3D打印技術(shù)并開啟應(yīng)用，將這一技術(shù)引入企業(yè)內(nèi)部從而提升競爭力。GF在中國上海建立了亞洲區(qū)第一個增材制造應(yīng)用創(chuàng)新中心-AMotion Center, 將軟件與硬件，增材與減材集成于一體，為所有希望探索3D打印技術(shù)應(yīng)用的客戶提供了一個平臺及示范。

除此之外，GF加工方案還在華東、華南以及西南各區(qū)域建立了模具 3D 打印創(chuàng)新平臺，平臺中匯聚了模具頭部企業(yè)、材料供應(yīng)商、注塑機廠家、品牌用戶，將促進(jìn)模具制造上下游企業(yè)之間的深度合作。

只有從更宏觀的新高度評估、審視生產(chǎn)流程上的每一環(huán)節(jié)，才能真正解決模具企業(yè)應(yīng)用 3D 打印可能存在的問題，并推動這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。而GF加工方案打通增材制造工藝鏈各個環(huán)節(jié)，形成了增材、減材完整解決方案，旨在改善金屬增材制造生態(tài)系統(tǒng)，并以扎實的技術(shù)專長為模具制造提供支持。

參考資料：
[1] 中國產(chǎn)業(yè)信息.《2019年中國模具行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析》。

來源：3D科學(xué)谷