什麼是金屬3D列印模具？金屬3D列印技術的優勢與案例分析

金屬3D列印技術為製造業帶來了前所未有的創新，特別在模具製造領域，透過精確的設計與製造方式，能大幅提高生產效率和品質。本文將帶大家深入探討金屬3D列印模具的優勢、應用場景及其在現代製造中的重要性，幫助您實現這些創新技術的應用。

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3D 列印模具是什麼？

3D 列印模具是一種利用3D列印技術製作的模具，透過將設計好的數位模型逐層打印成實體，快速實現從設計到製造的轉換。與傳統模具相比，3D列印模具具有高自由度，能夠製作複雜結構，並適應多樣化材料的應用，如樹脂、尼龍甚至金屬粉末。隨著技術的進步，3D列印模具在工業設計、產品測試和客製化生產等領域的應用越來越廣泛，成為製造業中的創新選擇。

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3D 列印模具與傳統模具的比較

在製造領域，3D 列印模具和傳統模具各有特色，適合不同的生產需求。3D 列印模具以製作速度快和設計靈活聞名，特別適合小批量生產或客製化商品；而傳統模具則注重耐用性和大規模量產的效率。以下我們利用表格比較方式，讓您更能清楚了解到3D 列印模具和傳統模具的特色差別。

 

3D 列印模具與傳統模具比較

 

3D 列印材料的多樣性與靈活性

目前注塑模具常用的金屬 3D 列印材料主要為 (Corrax)CX和 1.2709 兩種。

• (Corrax)CX：(Corrax)CX是一種高性能馬氏體不銹鋼，具備優異的防腐蝕與拋光性能（A2-A1），硬度可達 48-50HRC，且適合耐腐蝕材料及水路直徑小於 3mm 的模具應用，如電子煙、化妝品包裝、醫療器材及 TWS 充電倉等產品。

• 1.2709：1.2709經熱處理後硬度更高，可達 50-52HRC，適用於部分壓鑄模具鑲件列印。

 

3D 列印材料性能比較表

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模具上哪些零件可以採用 金屬3D 列印(異形水路)技術?

金屬 3D 列印可應用於大部分的注塑和壓鑄模具冷卻優化，但從成本和時間考量，模具整體列印尚不適合。目前較常採用的是列印部分鑲件或模仁的方式，例如澆口套、斜頂、模仁墊板、後模鑲件、前模鑲件與滑塊等，都適合透過 3D 列印進行加工。

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哪類模具採用 3D 列印具備最佳性價比?

傳統模具設計受限於加工工藝，但金屬 3D 列印在某些特定場景中性價比表現尤為出色。例如，注塑產品量大、結構複雜、多深筋位且對尺寸或平面度有高要求的產品，應優先考慮 3D 列印技術。另外，針對存在注塑品質問題的產品，例如澆口烫傷、拉絲、太陽圈、困氣等，3D 列印也能提供有效解決方案，顯著提升產品品質與生產效率。

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金屬 3D 列印模具的精度與優勢如何?

金屬 3D 列印的模具工件實際是開粗件，通常無法直接使用，需要進行二次精加工。初始列印的尺寸精度為±0.2mm，表面粗糙度為 Ra8-12。採用隨形冷卻設計的模具不僅能提高加工精度，還能顯著減少模具的循環時間（Cycle Time），通常可縮短 20%-40%，進一步提升生產效率。此外，3D 列印技術還能製作異形水路流道，其優勢在於：

1. 提升冷卻效率：異形水路能夠緊密貼合產品結構，實現均勻的冷卻效果，避免局部過熱。

2. 改善產品品質：透過更高效的熱管理，減少產品變形與應力問題。

3. 節省生產時間：更快速的冷卻周期有助於縮短整體生產時間，進一步提升產能。

在列印過程中，通常會預留 0.8mm 的加工餘量，以便進行後續精加工，其精加工方法與傳統模具鋼相同。

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如何在金屬3D 列印模具中預留適當的肉厚？

1. 為什麼要設計加工餘量？

因金屬 3D 列印的尺寸精度僅為 ±0.2mm（零件尺寸越大，尺寸精度偏差越大），且列印零件表面相較於傳統機加工較為粗糙。此外，嫁接列印時存在約 ±0.2mm 的對位偏差，導致列印部分與基座部分在 X/Y 方向上可能出現 0.2mm 左右的偏差。

 

2. 3D 列印加工餘量設計原則

整體列印零件

• 較小零件（最大外形尺寸 ≤100mm）

  • 膠位部分加工餘量單邊：0.8mm

  • 非膠位部分加工餘量單邊：0.5mm~0.6mm

• 較大零件（最大外形尺寸 >100mm）

  • 膠位部分加工餘量單邊：0.8mm~1.2mm

  • 非膠位部分加工餘量單邊：0.6mm~0.8mm

 

金屬3D列印模具改造：原模座嫁接異形水路具有可行性嗎？

 

金屬 3D 列印技術適合於模具製造中高效靈活的應用場景，特別是在尺寸較大的模具工件中，通過基座的傳統機加工與嫁接列印相結合的方式，能顯著提升製造效率和降低成本。此過程中，底座部分以傳統方法加工，提供穩定結構，而列印部分則應用於需要複雜幾何形狀的部位。這種混合加工方式能縮短列印時間並減少材料浪費。此外，選用合適的基座材料對於確保最終成品的質量和加工適配性至關重要。例如，若列印部分為 CX 材料，最理想的底座材料是一勝百 Corrax（同材嫁接），也可使用 H13；若列印部分為 1.2709，底座建議選用 H13 或 1.2344。

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3D 列印模具常見問題

Q1：3D異形水路堵塞怎麼辦？

在生產條件允許的情況下，建議採用封閉式獨立供水系統，並做好水質過濾，以防止碎屑進入水路，特別是對小型水路的保護尤為重要。若水路發生堵塞，可採用高壓氣體進行疏通，也可以嘗試結合火燒法或使用檸檬酸清洗水路。若模具長時間停機，應及時吹乾水路，防止水路內部腐蝕或殘留沉積物。峰群國際科技在模具設計中融入專業的水路優化方案，能有效降低堵塞風險，延長模具使用壽命並提升生產效率。

 

Q2：我們提供的基座需要先進行熱處理嗎？還是列印完成後與列印材料一起進行熱處理？

針對嫁接列印，根據峰群國際科技以往的經驗，若採用 H13/1.2344/8407 作為基座嫁接 1.2709，通常底座需要先進行加硬處理（淬火+2~3 次回火）；若採用 S136 作為基座嫁接 CX，底座則可以選擇先加硬處理，亦可選擇待嫁接列印完成後再與列印部分一同進行熱處理，具體視情況而定。

 

Q3：金屬 3D 打印的拋光性能與沙眼問題

金屬 3D 列印技術在模具製造中的應用已非常成熟，其工件的致密度達到 99.8%-99.9%，拋光等級通常能滿足模具行業的主流需求，達到 A2 以上。若對零件有更高要求，例如 A1 拋光等級，則需要進一步調整打印參數。不過，在行業實際操作中，大部分服務商通常不會承諾達到 A1 級別。

針對沙眼問題，群觀點認為，這主要取決於粉末材質的質量和打印工藝控制能力。專業的模具金屬 3D 打印機由於具備穩定的致密性和完善的工藝包支持，通常能有效避免沙眼的產生。然而，若使用普通的 SLM 金屬 3D 打印設備，且未搭載針對模具應用的專業工藝包，則存在沙眼風險，特別是在粉末質量不佳或參數調整不當的情況下。

因此，峰群國際科技建議客戶在選擇打印服務時，應優先考慮具備專業工藝包的設備和經驗豐富的供應商，以確保模具工件的高品質與穩定性，並有效降低風險。

 

Q4：擔心水路的光潔度不夠，從而慢慢積聚雜物，你們會對水路的光潔度有處理嗎?

異形水路設計應具備光滑連續、等截面大小的特點，因此不會存在水流動死角，也較不容易累積雜物。相較之下，傳統鑽孔的直線型水路因存在水流動死角，更容易累積雜物。大多數情況下，客戶不會對水路的光潔度進行特殊處理；但若有需求，峰群國際科技可以提供流體拋光技術，進一步降低水路的表面粗糙度，提升冷卻效率與模具壽命。

 

Q5：異形水路的冷卻效果需要客戶自己模流進行驗證嗎？

異形水路的冷卻效果通常憑經驗即可進行大致判斷，但如果需要非常精確的溫度控制，峰群國際科技建議結合模流分析進行驗證或調整設計，確保冷卻性能達到最佳狀態。

 

Q6：3D 列印模具1,2709 和 CX 這兩種材料列印後能直接使用嗎?

3D 列印模具鋼初始列印硬度約為 30HRC，需進行熱處理後才能完全發揮其性能。以下是材料的詳細性能：

• 強度：CX 和 1.2709 屬於高強度鋼和超高強度鋼，抗拉強度超過 1600MPa，適用於高負荷模具應用。
• 硬度：經熱處理後，硬度可提升至 45-52HRC，滿足高耐磨需求。
• 導熱性：導熱率為 18-20W/M*K，接近傳統模具鋼材，提供穩定的熱管理效果。
• 可加工性：適用於各種模具加工工藝，拋光性能可達 A2-A1 級別，適合高精度模具製造。
• 可焊接性：可進行多種焊接加工修復，性能優於傳統模具鋼，適合需要多次維修的應用。
• 鍍層處理：可進行鍍鎳或其他涂層處理，進一步增強材料的耐腐蝕性與壽命。

 

Q7：金屬3D列印可以用在壓鑄模具上嗎？

答案肯定，根據用戶的反饋，壓鑄模具採用 3D 列印水路冷卻可有效改善模具局部過熱問題，對提升壓鑄產品質量和良品率效果顯著，同時可縮短脫模週期，提高生產率；

不同結構的 3D 列印壓鑄模具在使用中壽命表現不同。根據峰群國際科技的用戶追蹤數據，較安全的結構壽命可達 5-8 萬模次，也有部分結構壽命在 3-5 萬模次。模具的壽命不僅與材料、列印工藝、熱處理相關，還直接受結構設計的安全系數和使用工況影響。從設計端改善模具壽命的效果顯著，例如消除應力集中部位、增大水路邊緣到模面的距離等，這些都能有效延長模具的使用壽命，但具體案例需根據實際需求進行分析。

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3D列印模具案例：解決模具冷卻問題，提升生產效率

 

背景說明

一家消費性電子產品製造商遇到注塑模具冷卻效率低的問題，導致產品表面出現烫傷、拉絲等品質缺陷，影響生產良率與交期。該模具結構複雜且筋位深，傳統加工方式無法製造緊密貼合的冷卻水路，造成局部過熱問題。

 

挑戰

• 模具需應用於高產量、精密度要求高的電子產品。
• 必須解決冷卻不均問題，避免品質缺陷影響市場競爭力。
• 生產週期需進一步縮短，以提升產能。

 

解決方案

峰群國際科技利用 金屬 3D 列印技術 設計並製造模仁部分的 異形水路，並採用 (Corrax)CX 材料 列印，以確保模具性能穩定且耐腐蝕。解決方案包含以下幾個步驟：

1. 模流分析與設計優化：根據產品幾何形狀進行模流分析，設計隨形冷卻水路，確保冷卻均勻性。
2. 模仁列印與精加工：列印模仁部分後，進行二次加工，達到±0.01mm 的精度需求與 Ra0.4 的表面光潔度。
3. 熱處理與安裝：對列印後的模仁進行淬火與回火處理，硬度達到 48HRC，並與傳統機加工的基座進行嫁接安裝。

 

成果

• 冷卻效率提升：改用異形水路後，模具冷卻時間從 15 秒縮短至 9 秒，生產週期縮短 40%。
• 產品品質提升：產品表面缺陷問題完全解決，良品率提升 20%。
• 生產成本降低：整體生產效率提升 30%，單位產品成本降低約 15%。
• 模具壽命延長：優化設計與材料選擇使模具壽命延長至 6 萬模次，超出客戶預期。

 

客戶回饋

該公司表示，採用金屬 3D 列印技術後，不僅解決了過去困擾多年的冷卻問題，還大幅縮短產品上市時間，增強了市場競爭力，並計劃在其他高精度產品生產中推廣應用此技術。

此案例突顯了 3D 列印技術在解決傳統模具設計限制及提升製造效率方面的巨大潛力，為製造業者提供了全新的解決方案。

 

結論

金屬3D列印模具技術為現代製造業帶來了顛覆性變革，透過其高設計自由度、短生產週期和可客製化的特性，使得複雜結構的製作不再受限於傳統模具工藝，尤其在小批量或高精度需求中表現出色。峰群國際科技在此領域具有領先優勢，結合先進的金屬3D列印技術與專業設計，提供精確且高效的模具解決方案，幫助客戶提升產品品質與生產效率。若您有更多需求或問題，歡迎與我們聯絡，讓我們一起創造更優秀的製造未來！

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