1 引言

      3D打印（yìn）（3Dprinting）技術與傳統的模具製造“減材加工”技術相比，它是“增材加工”技（jì）術，是以計算機三維設計模型為基礎，通過軟（ruǎn）件分層離散和數控（kòng）成型係統，利用激光束、熱（rè）熔（róng）噴嘴等方式將金（jīn）屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織（zhī）等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型成為實體產品。目前，主要的（de）3D打（dǎ）印技術有熱熔（róng）堆積成型（Fused Deposition Modeling,FDM）、光固化成（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）、三維粉末粘接成型（xíng）（Three Dimensional Printing andGluing,3DP）、選（xuǎn）擇性激光（guāng）燒結成型（Selecting LaserSintering,SLS）等，就現狀而言，能適用於金屬製造業的也隻有3DP和SLS。

      2 3D打印技術與模（mó）具製造技術（shù）在生產過程（chéng）中的異同分析

      3D打印技術和模具製造（zào）技術在機械行業應用的目的都是將（jiāng）原材料加工成實體的零（líng）件，但在整個生產過程中存在著較多的不同。現以圖1所示零件的加工過程為例，對比分析（xī）兩種加（jiā）工方式的異同（tóng）。

      2.1 3D打印技術製造過程

      3D打印技術製造模具過程主要通過接單（dān）分析、軟件設計造（zào）型、轉換打印3個步驟。主（zhǔ）要工作原（yuán）理如下：首先根據零件圖通過計算機三維設計將模型造型出來，如圖2所示，再用相應的軟件通（tōng）過斷層掃描把零（líng）件的（de）三維造型切成無數疊加的片，一片一片的打（dǎ）印，然後疊加在（zài）一起成為一個（gè）立體物體的過程。以3DP打印為例，其工作原理如圖3所示，先撒布一層打印用的粉末材料（liào），然後使用噴嘴將粘（zhān）合劑噴在需要成型的區域，讓材料（liào）粉末粘接，形成零件截麵（miàn），然後不斷循環（huán）重複鋪撒粉末材料、噴塗、粘接的過程，層（céng）層疊加（jiā），獲得最終（zhōng）打印出來的零件。與傳統的製（zhì）造工藝相比，這種數（shù）字化製造模式不需要複雜（zá）的工藝、不需要龐大的（de）機床、不需要眾多的人力，其生產周期短（duǎn），節省加工材料。

      2.2 傳（chuán）統模具製（zhì）造過程

      傳統模具製造過程在接單後（hòu）還需對接單項目進行評審，評審過（guò）關後製（zhì）定生產進度表，然後進行（háng）3D軟件修正（zhèng）、模流分析（xī）、分型線（xiàn）及進料（liào）點確定，最後反饋（kuì）給客戶定稿，客戶滿意後才能（néng）確定製造（zào）用的零件（jiàn）圖，才（cái）可以準備加工流程，其（qí）加工流程如圖4所示。從加工流程可見，采用傳統的模具製（zhì）造過程加（jiā）工出一個合格的模具所需要的人力（lì）、物力較多，生產周期較長（zhǎng）。

      3 3D打印技術的優（yōu）越性

      通（tōng）過設計、生產（chǎn）過程（chéng）的比較，3D打印技術作為時下最（zuì）熱火（huǒ）的製（zhì）造業前沿技術，其優越（yuè）性顯而易見。

      （1）3D打印技術在生產過程中（zhōng）能實現生（shēng）產材料“零”浪費。3D打印技術的生（shēng）產過程是根據零件的三維（wéi）設計進行（háng）逐層打印，與傳統的“減（jiǎn）材”加工相比（bǐ），實現了生產材料的“零”浪費。

       （2）3D打印技術可以加快產品的研發進（jìn）度。3D打印技術（shù）改變了設計者的思維方（fāng）式，他們會根據零件承重、受力部位的不同進行（háng）思考。就如（rú）我（wǒ）國正在進行起降訓練的殲15，其整個前起落架都（dōu）由3D打印技（jì）術打印出來的，有專家分析，3D打印技（jì）術將彌補我（wǒ）國殲20發動機的不足，從而（ér）加（jiā）快我國國產戰機的尖端技術的研發進度。

      （3）3D打印技術可以大（dà）大縮短生產周期。3D打印技術從設計到生產，省去了傳統加工過程中工藝設（shè）計與求證的過程，縮短了生產（chǎn）周期，並能根據市場需求，及時調整生產批量。

      （4）3D打印（yìn）技術可以（yǐ）大量減少設（shè）計、生產過程中的人力資源。

      4 .3D打印技術短期內無法替代傳統模具製造技術的原因分析 

      3D打印是近幾年的熱門話（huà）題，3D打印在製造（zào）業的發展是我院“3D打（dǎ）印在機械製造中的發展與應用”科研小組近幾年研究的課題。通過實地考查以及（jí）實際（jì）操作，3D打印節約原材料、減少人力以及能設計（jì）就能加工等優點讓人驚歎。促進3D打印技術快速且廣泛（fàn）用於製造業成為研（yán）究的主（zhǔ）要課題之一。在研（yán）究（jiū）過程中找出了3D打印技術從開始研（yán）發至今仍不能（néng）完全替（tì）代傳統模（mó）具製造技術（shù）原因。

      （1）3D打印模（mó）具的零件（jiàn）尺寸受限。去年華中科（kē）技大學史玉升教授的團隊成功研製出1.2×1.2m的3D打印機，這在當時（shí）是世界加工麵積最大（dà）的設備。2013年（nián）大連理工大學（xué）教授姚山及其團隊曆經10多年時間，成功研製（zhì）了工作麵尺寸達到1.8×1.8m級的（de）激光3D打印機（jī），其技術刷新（xīn）了世界最大（dà）3D打印機記錄，但這些設備仍不能滿足工業上大型模具的（de）製造。如何（hé）解決3D打印大型模具的技術難題是目前需（xū）要解決的問題。

      （2）3D打印模具的力學性能（néng）難保（bǎo）證。力學性（xìng）能是零（líng）件（jiàn）的重要參（cān）數，為零件的選材、設計、失效及（jí）分析、使用（yòng）和壽命提供了主要依據。據權威部門統（tǒng）計，由（yóu）於材料失效所造成的經（jīng）濟損失約占發達國家年產總值（GDP）的4%，其中航空工業材料失效又占材料失效的5%，可見零（líng）件力學性能（néng）的重要性。為此，傳統的數控切削加工為了保證零件的力（lì）學性能，在生產過程中較多的時（shí）間是在對零件進行時效、熱處理等相關（guān）工作。而3D打印技術卻不能完成這些工作，從而（ér）打印出的零件的力學性能較（jiào）難保證。如（rú）何找到更好的3D 打印原材料（liào）、如何改進3D打印（yìn）技術、如（rú）何結合金（jīn）屬熱處理等技術提高3D打印模具的強度、韌性、表麵硬度，是3D打印急需解決的難題。

      （3）3D打印技術可（kě）使用的材料種類較（jiào）少、能提供打印材料的供應商有限。

      傳統製造業所用材料的種類繁多，同（tóng）一形狀的零件因使用部位不（bú）同，考慮到經濟及其他因數，所使用的材料大不相同。而（ér）目前我國的3D打印材料依賴（lài）進口，而掌（zhǎng）握最多打印材料的以色（sè）列（liè）Object公司也隻使用14種基本材（cái）料，107種（zhǒng）混搭材（cái）料，這些材料中能用於工業的就更少了。3D打印（yìn）技術在打（dǎ）印零件（jiàn）時就不能因零件使用要求選材，從而提升了製（zhì）造成本。

      5 3D打（dǎ）印技術與模具（jù）製（zhì）造技術相（xiàng）容互補的前景分（fèn）析

      目前，針對3D打印技術和傳統加工技術存在的不足和優勢讓它們相容互補是目（mù）前3D打印技術發展的方向。例（lì）如，企業在開發新產品時，可（kě）以用3D打印（yìn）技術製造樣品，傳（chuán）統製造（zào）技（jì）術進（jìn）行批量生產。因為這樣不僅可以去除傳（chuán）統模具製造（zào）先做模具，通過模具製造出樣品，再（zài）進行多次修改，最後製作（zuò）出滿意的樣品的步驟，還可以讓傳統製造的批量生產彌補3D打印速度慢、製作終（zhōng）端產品成本高的劣勢，從而加快了產（chǎn）品上市的時間，提高了（le）經（jīng）濟效率。

      此外還應著手分析工業材（cái）料生產方法並結合（hé）傳統製造（zào）中（zhōng）速熔連接技術（shù），開發出用於工業生產、價廉質優的3D打印（yìn）材（cái）料（liào）。

      在機床（chuáng）生產上麵（miàn）應思考將（jiāng）3D打印機（jī）與（yǔ）數控機床合二為一，設計出（chū）高科技、多功能的新型製造機床（chuáng）。

      6 結束語

      3D 打印技術和傳統製造技術都（dōu）存在優勢和劣勢，目前3D打印技術還不能替代傳統製（zhì）造技術。為此隻有通過（guò）探索、研究取兩技術之長（zhǎng）處來推動製（zhì）造業的高速發展。