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理論上，用于模具的金屬3D打印具有明顯的優(yōu)勢(shì)。選擇增材制造 (AM) 而非機(jī)械加工或EDM提供了改進(jìn)模具冷卻和循環(huán)時(shí)間性能的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，以及加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可能。但在實(shí)踐中，最常應(yīng)用于模具的金屬3D打印工藝——直接金屬激光燒結(jié) (DMLS) 和定向能量沉積 (DED)——價(jià)格昂貴，可能需要與傳統(tǒng)加工一樣長(zhǎng)的時(shí)間，并且通常會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建完成后模芯或型腔仍不完整。這些金屬3D打印件將需要進(jìn)行機(jī)加工以使其達(dá)到最終形式和所需的表面光潔度。

Mantle提供了另一種選擇。該公司最近開(kāi)發(fā)了TrueShape 3D打印工藝。該方法將金屬膏的擠出與高速銑削相結(jié)合，以提供在燒結(jié)步驟后不需要額外后處理的金屬零件。成品模具（或其他金屬零件）可以以更快、更少的步驟制造；在許多情況下，以這種方式生產(chǎn)的模具可以直接用于注塑成型。

■通過(guò)高速銑削加工成型加上最小的燒結(jié)收縮使TrueShape能夠提供幾乎不需要或不需要后處理的模具和其他金屬3D打印部件。照片來(lái)源：Mantle

“預(yù)處理”以避免后處理

在其他類(lèi)型的金屬3D打印中，“后處理可能需要75%的成本和大量時(shí)間，”Mantle創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ted Sorom說(shuō)。該公司的TrueShape工藝旨在通過(guò)最大限度地減少后處理或完全避免后處理來(lái)降低成本和交貨時(shí)間，旨在使3D打印模具更快、更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

混合技術(shù)通過(guò)擠出噴嘴應(yīng)用由金屬粉末和少量液體組成的可流動(dòng)金屬膏 (FMP) 來(lái)構(gòu)建零件。每一層在沉積后都會(huì)被干燥以去除液體，只留下金屬粉末。高速銑削可以應(yīng)用于整個(gè)打印過(guò)程——無(wú)論是某一層上，還是在打印結(jié)束時(shí)。據(jù)說(shuō)由此產(chǎn)生的“綠色”或“棕色”3D打印部件比類(lèi)似3D打印過(guò)程中創(chuàng)建的部件更致密；該公司表示，無(wú)需固化或脫脂，零件的最終燒結(jié)步驟僅導(dǎo)致9%至11%的收縮。

■這個(gè)醫(yī)療器械制造商的模具是在一周內(nèi)打印出來(lái)的，在用于生產(chǎn)注塑成型之前不需要表面處理

Sorom說(shuō)，金屬3D打印是“關(guān)于獲得可以使用的金屬零件所需的時(shí)間，而不是打印所需的時(shí)間”。

打印和燒結(jié)在一起可能需要大約兩天的時(shí)間，但TrueShape的主要優(yōu)勢(shì)之一是燒結(jié)通常是過(guò)程的結(jié)束——而不是加工或進(jìn)一步精加工的一步。通過(guò)銑削對(duì)零件進(jìn)行“預(yù)處理”，加上低收縮率，意味著Mantle零件可以從燒結(jié)爐中取出，其公差和表面光潔度適合立即使用。Sorom指出，兩天獲得成品零件與兩天獲得近凈零件不同，后者需要額外的后處理。

他說(shuō)：“這是一種精密零件解決方案。我們想讓你按下一個(gè)按鈕，得到你真正想要的零件?！?/p>

更快地獲得最終金屬零件

與傳統(tǒng)處理和其他形式的3D打印相比，TrueShape代表了一種工藝整合，可顯著減少?gòu)陌聪掳粹o到得到最終零件的時(shí)間。與基于粉末的3D打印相比，基于擠出的工藝還帶來(lái)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在典型的粉末床融合工藝中，材料均勻性會(huì)影響打印零件的可預(yù)測(cè)性和質(zhì)量。使用的金屬粉末必須是均質(zhì)混合物。相比之下，Mantle的FMP材料格式允許混合不同類(lèi)型和粒度的粉末，以及均勻分布的液體成分，從而在成品中獲得更好、更強(qiáng)的微觀結(jié)構(gòu)。迄今為止，Mantle已開(kāi)發(fā)出兩種材料，H13和P2X（一種P20工具鋼替代品），但未來(lái)可能會(huì)提供其他合金和專(zhuān)有混合物。

與任何3D打印方法一樣，該技術(shù)確實(shí)有其局限性。一方面，燒結(jié)步驟限制了可以使用的材料種類(lèi)，以這種方式制造的零件和工具僅限于當(dāng)前機(jī)器的200mm×200mm×150mm構(gòu)建體積。

擠壓不提供與其他3D打印方法一樣多的幾何可能性；雖然復(fù)雜性是可能的，但這款3D打印機(jī)并未針對(duì)需要支撐結(jié)構(gòu)的晶格或幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化，而是專(zhuān)注于典型注塑模具更常見(jiàn)的設(shè)計(jì)特征。雖然僅TrueShape就可以提供高精度和表面光潔度，但在某些情況下，成品工具需要通過(guò)拋光、銑削或EDM等傳統(tǒng)修改方法進(jìn)行額外的后處理。然而，該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性（據(jù)說(shuō)大約是DMLS打印機(jī)成本的四分之一），連同其整合的打印過(guò)程和節(jié)省的時(shí)間，使其成為其他模具制造方法的有吸引力的替代方案。