增材制造工艺（又名 3D 打印）的发展为传统钢坯加工无法实现的几何形状开辟了新的可能性。这些几何形状包括带有随形冷却通道的工具，可以使注塑成型操作更加高效，并防止因冷却不均匀而导致的缺陷。这些方法在形成模具形状的方法和固化材料的方法上都有所不同。
最广泛使用的增材制造 (AM) 方法是粉末床熔合，其中能量源（激光或电子束）通过选择性地将金属粉末层加热至其熔化温度来形成几何形状。该工具逐层构建，仅在必要时熔化粉末。粉末床融合已在航空航天、医疗保健和汽车行业的复杂应用中找到了一席之地，在这些应用中，效率和质量的提高证明激光或电子束系统的费用和复杂性是合理的。
一个竞争过程，粘合剂喷射，通过选择性地将一层粘合剂沉积到粉末金属床上来形成所需的形状。在每一层之后，降低平台并施加一层额外的粉末，然后是另一层粘合剂。打印完成后，零件被转移到熔炉中进行烧结，从而不再需要激光或电子束。然而，随着介质和粘合材料的蒸发，部件在致密化过程中会显着收缩。控制尺寸因变化可大至 20% 至 25% 而变得复杂。收缩在厚区域和薄区域之间的过渡处尤其成问题，残余应力会传递给工具，甚至可能导致破损。
用于制造模具和嵌件的增材技术需要进行后处理以去除证示线，并为工具提供成型塑料所需的最终形状和光洁度。混合系统通过将减法加工步骤纳入构建过程来减少这项工作。通过减少后处理工作量，这种方法使熟练的工具制造商能够通过减少每个工具所花费的时间来处理更多的项目。鉴于据报道具有高度专业技能的工人短缺，这一点可能尤为重要。
混合方法有望提高精度和效率
加利福尼亚州的Mantle, Inc.开发了一种旨在最大限度地减少尺寸收缩问题和减少后处理时间的混合方法。Mantle 基于其Trueshape 技术为注塑商和模具制造商提供解决方案，该技术将熔融沉积建模和 CNC 加工整合到一个系统中。该公司的P-200 打印机于去年 9 月推出。
Mantle 的工艺始于数字模型和可流动的金属浆料。该糊状物由悬浮在溶剂中的钢颗粒和粘合材料组成。目前可用的钢材包括广泛使用的工具钢 H13 和 P2X，它们模仿 P20 工具钢的特性。
大多数工作流程都是不干涉的。打印机逐渐构建零件，逐层铺设糊剂，将其干燥，并使用集成的 CNC 机器定期去除材料。在烧结之前放置此步骤可使系统在材料仍然柔软时将其切掉，从而提高效率。在软件和几何数字模型的指导下，机器可以在没有操作员干预的情况下运行数小时或数天。
打印完成后，操作员将工具移至熔炉进行烧结。它被加热到足以让单个颗粒熔合在一起，然后去除粘合剂，留下一个现在是实心钢的工具，准备进行最后的精加工。
地幔对抗致密化影响的策略有两个：预防和预测。该工艺旨在将致密化的尺寸效应从 20-25% 降低到 9% 以下。
“挑战一直是预测最后会从熔炉中出来的东西。过去七年来，我们一直专注于预测这一结果，”Mantle 的联合创始人兼首席执行官泰德索罗姆 (Ted Sorom) 说。
多年的开发工作使 Mantle 的工艺能够实现 0.001 英寸的公差和 2-3 微米 Ra 的平滑度，这意味着与其他方法所需的精加工相比，所需的精加工相对较小。据 Mantle 称，与更传统的减材加工相比，该工艺为客户节省了高达 70% 的生产时间。
由此产生的工具适用于生产，其性能可与用相同材料传统制造的钢制工具相媲美。在 H13 的情况下，材料在化学上是相同的。据估计，生产中打印工具的寿命仅为传统制造工具的 10%。据报道，注塑商 Tessy Plastics使用的 Mantle-printed 工具嵌件已经运行了 165 万次循环，而且还在不断增加。
2 月，Mantle 发布了案例研究，描述了注塑成型客户的其他成功案例。Westec Plastics Corporation使用 Mantle 技术生产用于验证医疗诊断部件的原型工具。研磨和 EDM 工作仅需 10 小时即可完成 3D 打印插件，而传统技术需要 35 至 40 小时。对于Nicolet Plastics，Mantle 打印了用于成型 35% 玻璃填充部件的型腔和型芯插件，交货时间仅为两周，否则估计需要六周时间。打印工具将手工工具制作时间减少了 90% 以上。
5 月，Mantle 凭借其 Trueshape 技术和 P2X 材料获得了SME的 AM Startup Award。该奖项在Rapid+TCT上宣布，表彰开发了“解决现有问题或独特方法的新技术或应用程序”的公司。
这种自动化、灵活且高效的混合 AM 策略可能会成为未来制造注塑模具的默认方法。“毫无疑问，在我看来，它要么是 Mantle 的技术，要么是结合了增材和减材工艺的类似技术，”Sorom 说。
