模具 3D 打印能够实现复杂形状的制造,主要得益于其独特的技术原理和工艺特点,以下是具体介绍:
分层制造原理:3D 打印技术是基于离散 - 堆积的原理,将三维的模具模型通过切片软件切成一系列二维的薄片,然后打印机按照从下到上的顺序,逐层将材料堆积起来,形成三维的模具。这种分层制造的方式使得复杂形状的制造不再受到传统制造工艺中刀具、模具等工具的限制,可以直接制造出具有复杂内部结构和外形的模具。例如,对于具有内部冷却通道、蜂窝状结构或不规则曲面的模具,传统制造方法可能需要多个部件拼接或者采用复杂的铸造工艺,而 3D 打印可以一次性将其制造出来,大大减少了制造工序和难度。
数字化模型驱动:在模具 3D 打印之前,需要先通过计算机辅助设计(CAD)软件创建出模具的三维数字化模型。设计师可以在软件中自由地设计出各种复杂的形状,无论是具有精细纹理的艺术模具,还是带有复杂拓扑结构的功能性模具,都可以通过准确的数字模型进行表达。然后,将这个数字模型导入到 3D 打印机中,打印机根据模型的指令进行准确的材料沉积和成型,确保了复杂形状能够被准确地复制出来。
多种材料与工艺的结合:现在的 3D 打印技术拥有多种材料和工艺可供选择,这为制造复杂形状的模具提供了更多的可能性。例如,选择性激光烧结(SLS)工艺可以使用金属粉末或塑料粉末作为材料,通过激光烧结的方式将粉末逐层固化成型,能够制造出高强度、高精度的复杂模具。而对于一些需要特殊性能的模具,如具有良好导电性或导热性的模具,可以采用金属 3D 打印技术,如直接金属激光烧结(DMLS)或电子束熔化(EBM),这些工艺可以使用金属合金粉末制造出具有复杂形状和高性能要求的模具。此外,一些 3D 打印技术还可以实现多材料的同时打印,能够在同一模具中结合不同性能的材料,以满足复杂形状模具在不同部位的特殊需求。
支撑结构设计:在 3D 打印复杂形状模具时,往往需要设计支撑结构来保证模型在打印过程中的稳定性。支撑结构可以在打印完成后通过机械去除、化学溶解或热处理等方法去除。例如,对于一些悬空的结构或具有锐角的部分,支撑结构可以提供额外的支撑力,防止在打印过程中出现变形或坍塌。通过合理设计支撑结构,可以实现各种复杂形状的模具制造,即使是那些具有几何形状和悬空部分的模具也能够成功打印出来。