中空模具！3D打印开辟模具设计与制造的新途径

金属3D打印最有效的应用领域在哪里？毫无疑问，注塑模具是一大应用领域。虽然我们的想象力仍然制约着这项技术潜力的发挥，然而，惊喜还是不断出现，而且最好的应用往往是那些无法通过传统加工方式来实现的产品。

位于美国密歇根的PTI马科姆工程塑料专注于生产注塑成型的塑料零件，他们为汽车制造商和医疗设备制造商提供注塑成型服务以帮助解决这些制造商面对的挑战。然而也就是在最近，PTI才意识到金属3D打印在注塑模具成型领域有更多的潜力可以挖掘。

PTI的注塑车间

一年多以来，PTI尝试通过增材制造来加工随形冷却的注塑模具。也就是说，通过粉末床3D打印技术来加工内部含弯曲冷却通道的模具，从而取代传统的钻孔方式实现模具在注塑过程中的快速冷却，结果是提高了模具的冷却效果和速度。这方面，不仅国外，国内包括上海悦瑞这样的企业在3D打印随形冷却模具方面积累了多年的经验。

原来的模具设计（左）与现在的中空模具设计（右）

不过，针对于注塑产品，PTI进行了更加大胆想象：能不能舍弃内部的通道，而采取中空模具呢？因为3D打印中空模具会更加快速，更便宜。可以肯定的是，中空模具至少听上去是不可思议的。因为中空就意味着重量很轻，然而由于模具需要承受注射成型的高压力，所以传统的模具都是结实且沉重的。

PTI所制造的这个模具是用于医疗行业的，模具有7英寸高，通过仿真数学分析发现，这种薄壁的空心模具可以提供注塑所需的强度，PTI于是决定通过3D打印来制造工具钢材料的空心模具。

PTI中空模具与注塑成型产品

模具制造完成后就进入了注塑环节。虽然PTI工程师已经做好了空心模具在高压的注塑条件下会发生裂纹现象的心理准备，但幸运的是，模具并没有产生裂纹，反而工作得很好 — 这与之前模拟的结果十分符合。即使在最初的测试过程中发现了一些问题，中空模具仍然有效地工作，这足以证明这种想法是有前途的。不仅如此，注塑的时间也从原来的46.5秒缩短到了现在的41.5秒。

但如果只因此就认为空心模具的应用空间巨大还是太草率了。它还需要在不同形状、尺寸、和壁厚的情况下进行更多的测试。不过，无论是随形冷却模具还是中空模具，可以肯定的是，3D打印在注塑模具领域的价值必将越来越大。

另外值得一提的是，这种空心模具在注塑过程中所用到的冷却介质与之前有所不同，不是水而是液体二氧化碳。这是因为这种物质的冷却均匀性更好。而所采用的便携式可编程的二氧化碳输送系统是由林德工业气体提供的。

来源：3D科学谷