模具是“万业之母”，主要应用在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯领域。我国是全球主要的注塑模具和冲压模具生产国之一，主要应用在汽车、家电、消费电子、仪器仪表、航空航天和医疗器械等产品的加工成型。根据中国模具工业协会，我国模具产业冲压模约占37%，塑料模约占43%，铸造模（包含压铸模）约为10%，锻模、轮胎模、玻璃模等其他类模具占10%，与工业发达国家的模具产业结构基本一致。
随着工业4.0时代的到来，激光3D打印逐渐成为了新一轮工业革命的代表技术。这给“中国制造”转型、为“中国智造”的发展提供了新的动力。而压铸模具作为铸造行业的一个重要分支，在汽车、家电、电子、航空航天等领域广泛应用，是制造行业的重要组成部分。随着压铸件的市场需求进一步扩大，各种品质、功能、结构需求各不相同的铸件都多了起来，传统的模具制造技术已经不能完全满足开模需求了，3D打印技术开始逐渐步入压铸领域。
近年来，3D打印随形水路已在注塑模具上应用成熟，压铸模也正逐渐开始应用这一技术。3D打印高度自由的设计可以实现内部随形水路结构一体成形，不仅解决了复杂深腔类模具温控不均衡，而且实现了模具精准控温，极大改善了压铸模具粘铝、拉模、龟裂等问题，而且在减少模具维保工作、加速生产效率和提高模具性价比等方面均有出色表现，目前已在汽车制造、航空航天、船舶、电器等多个领域成功应用，可以说3D打印正在为压铸行业带来一场新变革。
随形冷却水路是激光选区熔化金属3D打印技术为模具冷却带来的变革性应用。增材制造技术的应用，避免了传统工艺交叉钻孔的限制，这使得模具设计师能够根据冷却要求设计不同的随形冷却回路，使得模具以一致的速度冷却散热，促进冷却的均匀性，减少冷却时间。
近年来，金属3D打印技术在汽车压铸模具镶件制造领域得到了应用发展。然而，与航空航天等得到国家战略支撑，并对制造成本不敏感的领域不同，汽车模具是市场化的大规模制造行业。这意味着，能够在该领域扎根的制造技术，在能够满足交付能力的同时，需兼具成本优势。金属3D打印压铸模具制造也不例外。《金属3D打印在高压压铸模具上的发展趋势》一文，从材料开发、专用3D打印设备开发等角度，对金属3D打印压铸模具制造成本进一步下降的可能性进行了探讨。本期3D科学谷将对该文进行分享。
不论是模具还是铸件，降成本、短交期方面的需求，可能会前所未见的强烈。同时对质量需求还不会降低，甚至更高。从近两年来特斯拉结构件以及比亚迪动力总成件的情况来看，一方面，模具寿命普遍短于传统车企，铸件良率普遍低于传统铸件，体现出新部件的生产成熟度还有提高空间；另一方面，车企对高集成度压铸件青睐度与日俱增，即便模具寿命低、产品良率低也照样开发，这与汽车销量是直接相关的。
同样是2000+吨级的模具以缸体为例，就算比亚迪寿命仅5万，良率80%，丰田寿命20万，良率99%，问题多多的比亚迪模具还是王道，毕竟车卖不出去再高的寿命、再高的良率都没有意义。如今，新能源抛弃油车，就如同当年70年代全球石油危机时，小排量抛弃大排量、底特律从巅峰跌落至鬼城是极为相似的。也就可以理解为何以汽车产业为支柱的湖北，今年如此的“壮士断腕”。
在此趋势下，目前1.2-2元/g的3D打印模具价格，必然还要下降才能满足市场的需求。粉末公斤价下降到100元级，也就是0.1元/g，50元/H的时机费下每小时打印克重如果在125g以上，打印克价就可能来到0.4元/g，那么打印成本就会与进口粉末钢相当，对外报价也会来到0.8-1元/g这个级别。也就是说在一套模具上花费8-10万就可以收获100kg的3D打印部件。
以一体化结构件模具为例，如果善用这8-10万的3D打印部件，对铸件控砂眼、控热平衡、控粘模，对模具优化水路、优化钻孔加工、优化顶杆布置，这些改进对于一套总价1000-1500万的大模具来讲，可能就不仅仅是比较划算，而是非常物超所值了。
可是要实现如此程度的成本压缩，就需要3D打印行业从业人员的共同努力了。与航空航天等大量依赖国家支撑的行业不同，汽车模具是市场化的大规模制造行业，与其相关的模具正是为数不多的能够让金属3D打印行业真正自己养活自己的点。而要在这个点上养活自己，就必须实现规模化，规模化了才能价格合理化。价格越合理化，原本属于传统模具钢和机加工的市场就会越多的转移到3D打印这里。
我们讲3D打印要“从头越”，根源也就在这里。谁能进一步的下探价格，谁就能更好的跟上汽车行业新能源革命的步伐，谁就能获得更多扩大规模、站稳行业脚跟的机会。这与国内目前3D打印行业更多专注于航空航天能源医疗产业、更多研究工作倾向于钛合金、高温合金的趋势其实是很大程度上相反的。
在全国的粉末产能中钛合金、高温合金仍是主力，利润上它们也是主力。钢粉不仅次要，而且用于模具的粉仍不是主流，这就表明，实际上钢粉特别是用于模具的钢粉仍会有价格下探的空间。模具钢粉中应用于注塑模具的以CX类时效硬化不锈钢为主，应用于压铸模具的以1.2709类（18Ni300）马氏体时效硬化钢为主。这两类粉之所以被优先引入模具行业是因为它们3D打印性能优良，不容易裂，对预热要求低。实际上这两类粉本身就是易焊材的常用料。很多焊补公司的所谓“拿手绝活”，正是基于各种渠道获得的时效钢焊条来实现的。
以1.2709为例，北美一般称为C300，作为传统材料其具有不错的韧性以及显著优于H13的抗回火性能，所以早在70年代人们就知道如果用C300、C250做压铸模具，龟裂寿命往往是H13模具的3倍以上。但是因1.2709材料过于昂贵的价格（动辄1000元/kg以上，主要来自昂贵的冶炼成本）使得它基本不可能被大规模应用到商业模具中。借助3D打印以粉末形式重新来到压铸模具市场后，高Ni高Co的合金成分又阻碍了它粉末成本的进一步下降。很难降到200元/kg以下，除非赔钱做。2709虽然具有优秀的抗回火能力，但是对于3D打印压铸模具来说，并非是第一性能。这是因为首先3D打印模具不是用来提高寿命的，而是借助随形水路用来实现额外功能的。所以模具需要高导热能力以充分发挥随形水路能力、降低水路设计难度，而2709的热导率仅为H13的三分之二以下。其次，当随形水路设计到位后，模具本身的热负荷降低很多，不需要特别高的抗回火能力也能实现较好的寿命。这也就导致了2709导热能力不足、抗回火能力过剩这种尴尬情况，被市场淘汰基本是注定的。
目前市场上的下一代压铸3D打印粉主要是H13类，包括市场钢各类知名钢材制粉如DAC55、Dievar、W350等等，不一而足。合金成本要比2709等时效钢类更低。从钢材分类上来看这些包括H13在内的材料，都属于二次硬化中温高强钢，经550℃以上回火，适用于500℃下仍需要强度的工作环境。相比于300M等低合金高强钢，它们的5Cr成分使之具有极为出色的淬透性及淬硬性，适应大厚度大截面模具的热处理。但是3D打印模具至少目前来说显然不是大截面的，所以这部分同样存在性能过剩，这部分完全可以通过降低Cr含量而转移到更优秀的导热性上。并且高淬硬性对3D打印成型过程是不利的，易裂，所以这类粉的打印过程一般要比2709等时效钢要慢一些。下一步的开发方向就是如何进一步提高导热性，如何进一步优化可打印性。
粉末种类经过进一步优化后，结合国内的制粉能力，确实有进一步降低粉末成本的可能。届时粉末种类预计也会在不断的迭代中得到明确和统一。
国内厂家在开发大型打印设备方面已经领先世界。得益于国家支撑的航空航天等项目，大型设备打印大型构件，国内诸多厂家已经有了相当丰富的实践经验。从技术难度上讲，大量采用复杂网格结构的钛合金、高温合金部件，比只需要做随形水路的3D打印压铸模具要难得多，钛合金天生的低导热使得它的应力累积相关问题也比钢严重得多，各类品控需求在设备端催生出各类监控需求及相关设备、方法，包括但不限于：
热信号—热像仪、CCD相机—熔池面积、熔池温度、熔池尺寸/飞溅/冷却速率；
3D打印机的激光源、振镜、风场、程序等等方面已经相当充分的市场化，价格下落很多。涉及品控的上述功能及相关配件、系统，如果是针对特型粉、专一用途例如模具打印的特型机来配套，并且规模化，价格必然是要下探的。也就是说，专机专粉+规模化，必然会将成本进一步下降。3D打印中打印机机时费是粉末之外的最大头。国内包括铂力特、E-Plus在内都推出了10激光的米级通用设备。按每个激光头成型效率15cm3/h计算，10头总共为150cm3/h，一小时约打印1.2kg，专用机不换粉的线元/h，相当于克价不到0.42元/g。与上面估算的降低后克价已经很接近了，并且显然如果是特型机的话还有再优化的空间。
所谓特型机就是专门打印模具、或者特定模具部件（镶件、水套、型芯等等）的设备。通用机的设计是要满足打印铝、钛、镍、钢等多种材料、多种部件的需要。所以要多方兼顾、追求通用性。也就必然很难针对专一用途进行优化、降成本。对于模具打印而言，特定的粉末、特定优化的激光、尺寸、基板、刮刀，必然效率要超过通用机，也就会让成本进一步下降，效率进一步提高。
以上，作者分析了3D打印压铸模具进一步降低成本的可能性。通过这些分析，甚至可能看到金属3D打印模具追赶传统机加工减材制造的背影。可以想象如果3D打印做模具的总价线元/kg这个级别，很多模厂将会评估下一台设备到底是该投一台NC还是一台3D打印机了。3D打印的灵活性优势会被最大程度的发挥出来。这个所谓的灵活性不光是讲随形水路带走热量这一个层面，而是讲模具的性能有机会被控制、从而实现最大的性价比。
模具失效主要有两种，或早或晚总会发生的必然类失效，比如热龟裂；以及受各类因素影响的偶发类失效，比如开裂漏水掉块。
在目前汽车新能源革命的场景下，5万模内必然失效程度可接受/不发生偶发失效的镶件，比50万模必然失效程度可接受/不发生偶发失效的镶件要实际得多，性价比高得多。因为新车迭代太快，就像智能手机刚出来时一样，很多设计半年后就过时，生产工具过长的寿命并无意义甚至是负担。
同样为了多余寿命而支出的多余强度、多余韧性、多余价格、多余交期，对于企业来说都是不利的。3D打印借助于随形水路，可以有机会来调控模具的生产负荷，通过合理设计可以使一款经济合适的粉材及打印工艺满足使用需求，也就不必在这些地方再进行额外的支出，从而为企业降本增效。比如原先一个镶件需要PVD来抗粘铝，现在做一个3D件，粘铝5万模内很合适，那么PVD的成本也就节省了。其他方面亦是如此。
未来的十年,电池工业将经历一场革命性变革,目前的技术格局将会发生改变。在这场变革中,固态电池被视为备受瞩目的技术方向。在2022年7月21日举办的世界动力电池大会上,中国科学院院士欧阳明高指出,从技术角度来看,固态电池是最值得重视的技术之一,预计在2035年之前,将能够规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。然而,由于各种原因,制造固态电池一直存在一定的难度,迄今为止尚未真正投入生产。但是,随着3D打印技术的发展,它有望改变这种状况,帮助生产下一代电池。
3D打印电池的市场前景十分广阔,其应用不仅局限于电动汽车,还包括手机、可穿戴设备等众多领域。然而,在实现真正的规模生产和具备商业竞争力之前,仍需要克服一些挑战。其中,更高精度和多材料一体化打印技术是3D打印电池走向批量制造需要解决的主要问题。
经过多年的发展,无论是设备还是材料,已有多家公司从实验室走向生产车间,将3D打印电池推向市场。在国外,像美国Sakuu Corporation、德国Blackstone Technology、美国6K、英国photocentric等公司已经开始进军这个领域。而在国内,也有像高能数造(西安)技术有限公司这样的企业在积极探索3D打印电池技术的应用。
高能数造(西安)技术有限公司是一家专注于新能源电池制造的公司,于2021年正式进入新能源电池3D打印领域。作为全球新能源电池3D打印技术的先行者和创导者,高能数造在西安交通大学快速制造国家工程研究中心长春3D打印创新中心孵化而成。该公司自主研发了浆料挤出层叠SEL增材制造技术,并推出了可根据用户需求定制的电池专用3D打印机。这一技术实现了低成本且快速的制造复杂形状的电池,同时具有独特设计的3D结构。作为国内首家聚焦并推出3D打印电池设备的产业化公司,高能数造致力于为新能源电池制造业提供更加高效、智能化的解决方案。
近日,高能数造推出了一款全新一代的电池3D打印设备,可实现10μm级高精度、高设计自由度的全固态电池一体化智造。这款设备具有广泛的材料适配性,无需特殊改性调整即可直接使用不同材料实现电池的一体化制造。此外,设备还可以通过创新的结构设计改善全固态电池的固固界面,有效提升电池性能。该设备针对不同的正负极材料,可以打印不同的电解质层,实现阶梯化电解质层的有效制造,从而解决了全固态电池固固界面阻抗大的问题。此外,设备还可以在电极层表面原位固化电解质浆料,形成紧密结合的固固界面接触和连续的离子传输路径。据悉，这款设备的问世将推动全固态电池实现产业化制造,为电动汽车、电动航空、智能穿戴设备等领域提供更优质的电池产品。
“一座景德镇，半部陶瓷史”，这座容颜苍老却质朴执着的瓷都，一炉窑火已燃千年，淬炼着城市的泥土。时间更迭，它那悠久古老的文化情调和内敛优雅的美学气质以瓷之身、瓷之工艺流传下来。但传统陶瓷制作工序繁琐、匹配精度不高，亟需拥抱新科技，才能在现代的熊熊炉火中涅槃。
那么抬升一个维度来看，无论是成就更好的模具，还是跨过模具直接用于制造，3D打印得以迅速发展的底层逻辑是什么呢？根据ACAM德国亚琛增材制造中心，一方面，3D打印改变了制造逻辑。通常对于同一个产品来说，通过传统制造技术生产的数量越多，产品的单件成本也随之呈下降趋势；而对于3D打印-增材制造来说，单件成本与产量的相关性是独立的，这是在考虑可扩展性时需要考虑的因素。另一方面，关于产品的复杂性。通常在通过传统制造技术来生产零件时，产品越复杂，成本越高，企业则需要很昂贵的投资（包括新的模具，甚至是新的设备来实现）；而对于增材制造来说，零件的复杂性与成本的相关性也是独立的，零件几何形状的复杂性通常并不会带来额外的制造成本。
从这两个逻辑角度看，3D打印这种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。从产品发展的角度看，人类在利用大自然所赐予的资源方面，在朝向资源利用率更加高效、更加可持续发展的方向发展。而3D打印在材料利用的经济性上，材料的可回收方面无疑带来了划时代的改变，这也是这项技术是第四次工业革命的一项核心技术的底层逻辑。
例如，宝马德国在世界范围内首次将金属3D打印集成到汽车自动化制造工艺中，两条生产线其中一条在GKN在波恩的工厂，另一条在宝马集团在慕尼黑的工厂。项目的设计目标是通过自动化将人工活动从35% 减少到5%，3D打印金属零件成本降低一半以上。
从制造业的角度看待3D打印，很容易看到3D打印在汽车领域实现产业化面临着诸多的挑战，包括3D打印制造产品的最大尺寸，零件质量的一致性，适用于汽车行业的材料，满足汽车行业的制造效率，满足汽车行业的低成本挑战等，那么宝马汽车为什么要挺进3D打印的产业化领域呢？
这就类似于电动汽车刚刚发展的初期，很多人认为电动汽车无法像燃油车这样马力十足，电动汽车的动力和续航能力都存在致命的缺陷。然而，环顾能源发展的底层逻辑，人类在地球上繁衍生息着么多年，目前所赖以生存的很多能源总有一天会使用殆尽，而能带给持续供给的最可靠的能源是太阳能，太阳能能够转化的是电能，这也是电动汽车势必会取代燃油车的底层逻辑。
根据ACAM亚琛增材制造中心，3D打印-增材制造受制于高成本、高材料价格、高手动工作量、低生产效率、设备之间沟通不畅、端到端的质量保证缺乏一致性等等问题，这些制约因素导致增材制造很难进入到汽车的产业化全自动生产线的形态。
而宝马的这个案例中，开发了一条能够在计算机控制下自行执行所有工作步骤的生产线。通过这种方式，组件可以自主设计、生产和返工。甚至使用的金属粉末也会自动回收。无人驾驶运输系统在生产线的各个模块之间移动原材料和最终产品，这些机器由一个中央控制单元协调，来自各个生产线模块的所有生产数据都在其中汇集。
由此可见，3D打印将对传统制造模式带来很大的冲击，业界必须清醒的看到这一点，认可3D打印技术带来的颠覆潜力，才能更好的抓住机遇。业界需要认知到3D打印技术不是噱头，3D打印技术之美，美在让人类创造财富、创造美好生活的方式更加可持续。
那么3D打印对模具带来的机遇又是什么呢？这需要来理解3D打印用于产品的制造在模具哪些层面上正在增加制造附加值的发展逻辑。
3D打印目前可以用于制造塑料产品，这对注塑模具存在一定的冲击，然而3D打印另外一方面正在成就更好的注塑模具。包括米其林金属3D打印子公司Addup也在规模化部署随形冷却模具制造技术。
衡量模具的价值也从单纯评估模具的价格，转变为全生命周期的评估（包括模具3D打印生产，后处理加工，注塑过程模具寿命，注塑成功率，产品质量等等），这里面包含了3D打印所创造的附加值考量。
无疑，3D打印是天然的价值放大器，这对于模具企业的转型升级带来了机遇，国内目前也出现了通过3D打印迅速获得发展的模具企业，例如深圳德科。当然，在3D打印的模具方面上，由于没有增材专用夹具，业内普遍使用人工调校工件水平度、手动找中心点的方式，而这一环节又十分依赖于人员的熟练程度并受工件大小及复杂程度的影响。在这方面，业界可以向富有经验的企业寻求解决方案，例如GF加工方案还在华东、华南以及西南各区域建立了模具 3D 打印创新平台，平台中汇聚了模具头部企业、材料供应商、注塑机厂家等等，从而促进模具制造上下游企业之间的深度合作。Kaiyun平台 官方入口Kaiyun平台 官方入口