南极熊导读

目前，金属模具已经成为3D打印技术在工业领域的重要应用方向，3D打印常被用于制造注塑模具、轮胎模具、鞋模等，这些模具可用于大批量地生产塑料制品、轮胎、鞋底、汽车金属零件等等。由于3D打印金属模具可以在内部设计随形冷却的水路，解决传统直孔冷却水路冷却不均这一瓶颈问题，大幅缩短模具冷却时间，提高生产效率，因此成为模具行业的重要发展趋势之一。

然而，在前几年的应用过程中，3D打印模具仍然存在一些问题亟待突破，如今这项技术和应用进展如何了？

2023年11月，南极熊对上海毅速激光科技有限公司副总经理王利军先生进行了专访。

△上海毅速激光科技有限公司副总经理王利军

01

要做好3D打印模具必须研发新材料

上海毅速成立于2007年，早期主要从事模具相关的制造业务。随着金属3D打印技术的日渐成熟，随形冷却水路为金属模具的制造带来了新的发展方向。2018年，上海毅速开始研究金属3D打印在模具领域的应用，并以用途最为广泛的注塑模具为切入点，通过为模具设计随形冷却水路并3D打印制造的方式来改进注塑模具。

△3D打印随形冷却模具设计图

看到新设计的3D打印随形冷却模具大幅缩短了注塑冷却时间，王利军团队喜出望外，然而在后期的测试和使用过程中，王利军发现3D打印的模具固然提高了效率，但是模具在耐腐蚀、耐疲劳等方面并不尽如人意，传统的注塑模具寿命可达50万模次（生产50万个塑料零件），但3D打印的模具寿命仅在10万模次左右。

△上海毅速为汽车厂3D打印的随形冷却模具

王利军告诉南极熊：“要想提高3D打印模具的寿命，必须研发新的材料。好的3D打印模具钢材料需要具备六方面的性能：

① 打印性能好；

② 导热性能好，冷却速度快；

③ 力学性能好；

④ 耐磨性好；

⑤ 耐腐蚀（冷却水路中的冷却水容易导致锈蚀、堵塞、失效）；

⑥ 耐疲劳寿命（寿命必须长）。”

在进入行业一年多之后，上海毅速开始着手开发新材料。然而，开发新材料并不容易，需要深厚的学术背景和大量的研究试验，全靠企业的力量很难取得又快又好的结果。王利军曾在上海模具技术协会担任副会长，跟上海交大有着良好的合作基础，这为开发模具专用的3D打印材料开辟了道路。

王利军表示：“经过近两年的努力，我们研发出了专为3D打印而设计的多款金属粉末材料，包括EM201®高导热不锈钢粉末、EM191S™ 高抛光不锈钢粉末、EM191™ 高耐磨不锈钢粉末等。这些材料从不同维度上提升了传统打印材料的性能，在根本上解决了模具行业因材料缺乏而不能广泛采用增材制造的痛点，加速了金属增材制造技术的应用推广进程。特别是EM201®高导热不锈钢粉末，已获得了中国和欧洲发明专利授权。”

数据显示，EM201®这款材料的导热系数高达80 W/m℃，约为普通模具钢的4倍。此外，该材料在韧性、硬度和抗开裂等整体性能方面也表现得十分出色。当与3D打印随形水路搭配使用时，其导热效果可媲美铍铜，从而为企业提质降本增效提供了新途径。

王利军表示：“在实际应用中，EM201®这款新材料的效果受到了广泛认可。如在电子烟制造方面，我们今年的一家客户，采用普通材料，模具冷却时间为14s，用EM201®材料，模具冷却时间降到7s，设计结构相同，但冷却效率提升50%。仅这一套模具，一个月的产能就提升了13万件，在行业内一炮打响。而且对于大部分注塑产品，采用EM201®材料制造的模具的寿命也可以达到几十万模次。现在有越来越多的企业想采用这款材料，为此我们在加紧扩大产能。”

对于快速消费品包装、医疗用品耗材、电子产品等领域，产品的需求量往往高达几百万甚至几千万件，对于效率的追求一直是永恒的话题。这正好为毅速EM201®材料提供了发挥其价值的机会。

02

向更高要求的3D打印压铸模具进发

相比于注塑模具，压铸模具对于材料的要求更高。注塑模具的工作温度为200-300℃，模具表面温度为100℃多。而以压铸铝合金件为例，铝液温度高达600℃，压铸模具的表面温度也达到400℃左右。因此，两种模具对原材料的要求完全不一样，研发3D打印压铸模具的材料更加困难。

王利军表示：“上海毅速目前还研发了一款用于压铸模具的新材料EM213，这款材料性能更好，已经进行了一些试用，适当的时候我们将推向市场。”

△上海毅速3D打印压铸模具和EM213粉末

王利军指出：“除了注塑和压铸模具，3D打印在吹塑模具、挤塑模具、热压模具等细分领域，都有很大的应用空间和潜力，不过市场还需要慢慢培育。”

03

研发模具专用3D打印机

通过过去几年3D打印在模具行业大量的应用和拓展，王利军发现好的原材料、好的工艺，也离不开装备的平台，3D打印机是一个载体，能把新材料和打印工艺融合在载体上。三者密不可分、协同发展，装备也要契合模具打印细分方向。

王利军表示：“公司正在研发模具专用设备，2024年将正式推出。我们的设备为双激光金属机，采用进口的激光器、振镜系统，并经过特定的改进之后，能够满足长期稳定、高效率的生产任务需求。设备在操作、成型效率、成型品质等方面均具有独特优势。我们要将材料、设备、工艺三者融合在一起，形成模具行业的专用解决方案，嵌入到行业转型升级中，加速世界向增材制造的转变。”

据南极熊了解，上海毅速已经安装了20+台金属3D打印机，同时为了满足客户需求，正在广东规划建设一个新工厂，将装机50台金属3D打印机，首批将投放15台，预计每年生产几千上万件模具工件。

在南极熊看来，3D打印机经历了通用机时代的发展，如今正在向各个细分领域深入，匹配细分应用市场的特殊需求。无论是航空航天、齿科、医疗、模具、一般工业，每个领域对于打印机的成型尺寸、打印效率、零件性能、产品认证、使用成本等方面均有不同的需求，主动去迎合细分市场是当前的发展趋势，而上海毅速正在深挖模具这个领域，成为产业链的变革者。