下一代模压模具：利用 DMLS 金属 3D 打印技术

Executive summary（执行摘要）

传统模压模具制造高度依赖减材加工——包括 CNC 铣削、车削与 EDM 放电加工。尽管这些工艺精度高，但存在周期长、模具钢耗量大、材料浪费严重等问题。本研究所总结的计算分析评估了金属激光选区熔化（DMLS）作为模压模具制造替代工艺的可行性。核心结论包括：

• DMLS 蜂窝结构模具在实际压力与温度条件下，实现了最大挠度 ≤ 0.001 英寸的设计目标。
• 与传统机械加工模具相比，增材模具可节省约74% 的材料。
• DMLS 带来的结构自由度允许内部拓扑优化、共形冷却设计与重量减轻，同时维持模具刚性。

1. DMLS 对模压模具与 SMC 模具的重要意义

金属激光选区熔化（DMLS） 是一种金属粉末床熔融增材制造技术，通过激光逐层熔化金属粉末形成零件。对于模压模具与 SMC 模具制造商，DMLS 具备以下优势：

1.1 材料与成本效率

增材制造可通过蜂窝与晶格结构显著减少昂贵模具钢用量。74% 的材料节省可直接转化为成本降低，并减少后续 CNC 镜面加工的加工余量。

1.2 几何自由度与热控制能力

DMLS 可制造传统加工难以实现的结构：内部轻量化晶格、共形冷却通道、拓扑优化加强筋等，尤其适用于高产量 模压模具（compression tooling）。

1.3 缩短开发周期

对于研发、试验模具、小批量工具，DMLS 可显著缩短制造周期，并允许快速在 CAD 中修改结构设计，无需重复夹具准备。

2. 计算方法：验证结构与热性能

研究将传统实心机械加工模具与内部蜂窝结构的 DMLS 模具在相同工况下进行对比。通过有限元分析（FEA）评估模具在模压成型压力下的挠度与典型 SMC 成型周期的热梯度。

2.1 结构分析

线性与非线性静力模拟显示：DMLS 蜂窝模具最大挠度保持在严格的 0.001 英寸以内。晶格结构沿主要受力路径布置，低应力区域则减轻质量。

2.2 热分析

瞬态热模拟模拟了加热固化与冷却过程。由于内部空腔减少了模具热质量，DMLS 模具需要配合共形冷却来均匀散热，最终温度差控制在工艺可接受范围内。

2.3 混合加工策略

研究建议采用混合工艺：DMLS 打印近净尺寸 + CNC 精加工关键密封面与分型面，以确保表面质量与尺寸精度。

3. 金属增材模压模具设计建议

基于计算结果与 AM 最佳实践，建议包括：

• 拓扑优化晶格设计：沿主要受力路径布置蜂窝结构，避免削弱模具刚度的均匀孔隙。
• 共形冷却集成：冷却通道靠近型腔表面布置，优化散热与缩短成型周期。
• 后处理规划：预留 CNC 精加工余量，并规划热处理流程释放残余应力。
• 材料选择：使用适用于 DMLS 的模具钢、马氏体时效钢等，通过热处理获得高硬度。
• 质量检测：使用 NDT 检查内部孔隙，并利用三坐标检测关键尺寸。

4. 制造可持续性与成本考量

• 粉末回收策略 以降低材料成本。
• DMLS 设备能耗 与传统机床的能源对比。
• 模具寿命：结合表面强化技术来抵抗 SMC 材料的磨蚀。
• 生命周期分析：减少模具钢用量与降低切削废料有助于环保表现。

实用结论：对中高复杂度模具与研发模具而言，DMLS + CNC 混合工艺往往在成本与性能上更优；简单且超大型模具仍适合传统加工。

5. 对 MDC Mould 与复合材料模具行业的意义

对于复合材料模具专家 MDC Mould，DMLS 是对现有 CNC 与 EDM 能力的战略补充。潜在应用包括：

• 用于 SMC 与 BMC 测试的快速原型模压模具。
• 通过共形冷却优化固化周期，提高制品一致性。
• 适用于大型复合材料部件的轻量化模具，降低搬运成本。
• DMLS 核心结构 + 传统加工外壳的混合模具方案，实现成本与性能平衡。

DMLS 的引入将帮助 MDC 提升在汽车 SMC 车身部件、EV 电池外壳、结构件模具与专业热成型模具领域的竞争力。

6. 工业化采用的建议步骤

1. 开展 DMLS 核心 + CNC 精加工的试点模压模具项目。
2. 进行完整成型试验，验证耐磨性、脱模表现与制品质量。
3. 建立内部 AM 设计指南，涵盖晶格参数、冷却通道设计与后处理流程。
4. 与材料供应商合作，研发适用于 SMC 工况的模具钢粉末体系。

结论

本研究表明，DMLS 是现代模压模具制造的可行技术路线。结合共形冷却与混合加工策略，DMLS 模具能够满足 SMC 模压成型的严格结构与热要求，同时显著减少材料用量并提升设计自由度。对于 SMC 模具 和 复合材料模具（composite tooling） 供应商而言，增材制造将开启模具性能、可持续性与迭代速度的新阶段。

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核心关键词： DMLS、模压模具、SMC 模具、复合材料模具、金属增材制造、蜂窝模具、共形冷却。