模具是基礎(chǔ)工藝裝備，汽車、數(shù)碼等支柱產(chǎn)業(yè)中60%～80%的零部件靠模具成形。模具制造工藝直接影響其使用效益，其中冷卻系統(tǒng)對(duì)模具壽命、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)一般由直孔水道構(gòu)成，其形狀無(wú)法均勻貼近型腔表面，易造成冷卻不均且效率低，有些結(jié)構(gòu)(如高長(zhǎng)徑比鑲塊)甚至無(wú)法加工水道。隨型腔結(jié)構(gòu)變化的隨形冷卻水道可*地提升冷卻效率和均勻性，但利用機(jī)加工和電火花等傳統(tǒng)工藝無(wú)法制造。有時(shí)為了滿足復(fù)雜模具冷卻的需求，往往需加工銅質(zhì)鑲塊以滿足局部冷卻要求，但增加了模具的制造周期和成本。因此，高性能模具制造亟需尋求新的加工方法。

增材制造是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的一種*制造技術(shù)。該技術(shù)基于逐層疊加材料的制造原理，將復(fù)雜3D零件分解為若干2D制造，可快速制造出任意復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代增材制造已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于模具的快速制造，但主要是間接制造模具。如通過(guò)硅膠軟模翻模制造模具，間接制造的模具在性能、使用壽命上存在較大局限。隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，使用高能束熔化金屬材料可直接制造高性能金屬模具。

在金屬增材制造工藝種類中，激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting，SLM)工藝采用高能束光纖激光，能量密度高、光斑細(xì)小，在成形微細(xì)結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢(shì)，特別適合復(fù)雜模具或鑲塊的快速制造。華中科技大學(xué)快速制造中心團(tuán)隊(duì)從2004年開(kāi)始研究SLM技術(shù)及裝備，并依托模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)開(kāi)展復(fù)雜金屬模具的SLM材料與工藝研發(fā)，在廣東科龍模具公司、深圳兆威模具公司、東江模具公司等企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。研究了420、S136、H13等常用模具材料的優(yōu)化方法及增材制造工藝，揭示了工藝對(duì)組織性能的影響規(guī)律，成形出了致密度99%、精度0.1mm、表面粗糙度小于Ra15μm的金屬模具或鑲塊。研究了增材制造模具熱處理及精加工工藝，建立了3D打印模具的后加工工藝，在硬度和表面粗糙度上滿zu模具生產(chǎn)要求。增材制造的模具或鑲塊應(yīng)用后，注射和冷卻時(shí)間明顯縮短，傳統(tǒng)冷卻容易產(chǎn)生的缺陷得到抑制和改善。

然而，增材制造金屬模具仍然面臨“材料種類少、應(yīng)力開(kāi)裂嚴(yán)重和性能一致性差”的突出問(wèn)題，制約了該項(xiàng)技術(shù)在模具領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用。因此，未來(lái)該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)可歸納為如下幾個(gè)方面：

1、適合增材制造工藝和模具性能要求的金屬材料設(shè)計(jì)與制備

以S136、H13模具鋼為成形材料，需弄清合金關(guān)鍵元素Cr、Mo、V、Si對(duì)于增材制造冶金質(zhì)量及模具性能的影響規(guī)律，氣霧化制粉等制備工藝對(duì)增材制造冶金質(zhì)量及模具性能的影響規(guī)律。

2、基于增材制造工藝的模具隨形水道設(shè)計(jì)規(guī)則

需弄清水道截面形狀、尺寸及變截面水道等尺寸因素對(duì)冷卻效果的影響規(guī)律，水道空間布置、多路水道并行布置對(duì)冷卻效果的影響規(guī)律，模具隨形水道設(shè)計(jì)規(guī)則及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具。

3、隨形水道-排氣通道-致密型體多工藝結(jié)構(gòu)一體化增材制造工藝

除了冷卻水道外，模具還包括排氣通道和異形澆口等難制造結(jié)構(gòu)，可利用增材制造在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域致密度可調(diào)、性能可控的多工藝結(jié)構(gòu)一體化制造。