1 引言
3D打印（3Dprinting）技術與傳統的模具制造“減材加工”技術相比，它是“增材加工”技術，是以計算機三維設計模型為基礎，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織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3D打印技術有熱熔堆積成型（Fused Deposition Modeling,FDM）、光固化成（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）、三維粉末粘接成型（Three Dimensional Printing andGluing,3DP）、選擇性激光燒結成型（Selecting LaserSintering,SLS）等，就現狀而言，能適用于金屬制造業的也只有3DP和SLS。
2 3D打印技術與模具制造技術在生產過程中的異同分析
3D打印技術和模具制造技術在機械行業應用的目的都是將原材料加工成實體的零件，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，對比分析兩種加工方式的異同。
2.1 3D打印技術制造過程
3D打印技術制造模具過程主要通過接單分析、軟件設計造型、轉換打印3個步驟。主要工作原理如下：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，再用相應的軟件通過斷層掃描把零件的三維造型切成無數疊加的片，一片一片的打印，然后疊加在一起成為一個立體物體的過程。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，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷循環重復鋪撒粉末材料、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。與傳統的制造工藝相比，這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，其生產周期短，節省加工材料。
2.2 傳統模具制造過程
傳統模具制造過程在接單后還需對接單項目進行評審，評審過關后制定生產進度表，然后進行3D軟件修正、模流分析、分型線及進料點確定，最后反饋給客戶定稿，客戶滿意后才能確定制造用的零件圖，才可以準備加工流程，其加工流程如圖4所示。從加工流程可見，采用傳統的模具制造過程加工出一個合格的模具所需要的人力、物力較多，生產周期較長。
3 3D打印技術的優越性
通過設計、生產過程的比較，3D打印技術作為時下最熱火的制造業前沿技術，其優越性顯而易見。
（1）3D打印技術在生產過程中能實現生產材料“零”浪費。3D打印技術的生產過程是根據零件的三維設計進行逐層打印，與傳統的“減材”加工相比，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度。3D打印技術改變了設計者的思維方式，他們會根據零件承重、受力部位的不同進行思考。就如我國正在進行起降訓練的殲15，其整個前起落架都由3D打印技術打印出來的，有專家分析，3D打印技術將彌補我國殲20發動機的不足，從而加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計與求證的過程，縮短了生產周期，并能根據市場需求，及時調整生產批量。
（4）3D打印技術可以大量減少設計、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制造技術的原因分析
3D打印是近幾年的熱門話題，3D打印在制造業的發展是我院“3D打印在機械制造中的發展與應用”科研小組近幾年研究的課題。通過實地考查以及實際操作，3D打印節約原材料、減少人力以及能設計就能加工等優點讓人驚嘆。促進3D打印技術快速且廣泛用于制造業成為研究的主要課題之一。在研究過程中找出了3D打印技術從開始研發至今仍不能完全替代傳統模具制造技術原因。
（1）3D打印模具的零件尺寸受限。去年華中科技大學史玉升教授的團隊成功研制出1.2×1.2m的3D打印機，這在當時是世界加工面積最大的設備。2013年大連理工大學教授姚山及其團隊歷經10多年時間，成功研制了工作面尺寸達到1.8×1.8m級的激光3D打印機，其技術刷新了世界最大3D打印機記錄，但這些設備仍不能滿足工業上大型模具的制造。如何解決3D打印大型模具的技術難題是目前需要解決的問題。
（2）3D打印模具的力學性能難保證。力學性能是零件的重要參數，為零件的選材、設計、失效及分析、使用和壽命提供了主要依據。據權威部門統計，由于材料失效所造成的經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%，可見零件力學性能的重要性。為此，傳統的數控切削加工為了保證零件的力學性能，在生產過程中較多的時間是在對零件進行時效、熱處理等相關工作。而3D打印技術卻不能完成這些工作，從而打印出的零件的力學性能較難保證。如何找到更好的3D 打印原材料、如何改進3D打印技術、如何結合金屬熱處理等技術提高3D打印模具的強度、韌性、表面硬度，是3D打印急需解決的難題。
（3）3D打印技術可使用的材料種類較少、能提供打印材料的供應商有限。
傳統制造業所用材料的種類繁多，同一形狀的零件因使用部位不同，考慮到經濟及其他因數，所使用的材料大不相同。而目前我國的3D打印材料依賴進口，而掌握最多打印材料的以色列Object公司也只使用14種基本材料，107種混搭材料，這些材料中能用于工業的就更少了。3D打印技術在打印零件時就不能因零件使用要求選材，從而提升了制造成本。
5 3D打印技術與模具制造技術相容互補的前景分析
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前3D打印技術發展的方向。例如，企業在開發新產品時，可以用3D打印技術制造樣品，傳統制造技術進行批量生產。因為這樣不僅可以去除傳統模具制造先做模具，通過模具制造出樣品，再進行多次修改，最后制作出滿意的樣品的步驟，還可以讓傳統制造的批量生產彌補3D打印速度慢、制作終端產品成本高的劣勢，從而加快了產品上市的時間，提高了經濟效率。
此外還應著手分析工業材料生產方法并結合傳統制造中速熔連接技術，開發出用于工業生產、價廉質優的3D打印材料。
在機床生產上面應思考將3D打印機與數控機床合二為一，設計出高科技、多功能的新型制造機床。
6 結束語
3D 打印技術和傳統制造技術都存在優勢和劣勢，目前3D打印技術還不能替代傳統制造技術。為此只有通過探索、研究取兩技術之長處來推動制造業的高速發展。
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