理論上，用于模具的金屬3D打印具有明顯的優(yōu)勢。選擇增材制造 (AM) 而非機械加工或EDM提供了改進模具冷卻和循環(huán)時間性能的設(shè)計機會，以及加速產(chǎn)品開發(fā)的可能。但在實踐中，最常應用于模具的金屬3D打印工藝——直接金屬激光燒結(jié) (DMLS) 和定向能量沉積 (DED)——價格昂貴，可能需要與傳統(tǒng)加工一樣長的時間，并且通常會導致構(gòu)建完成后模芯或型腔仍不完整。這些金屬3D打印件將需要進行機加工以使其達到最終形式和所需的表面光潔度。

Mantle提供了另一種選擇。該公司最近開發(fā)了TrueShape 3D打印工藝。該方法將金屬膏的擠出與高速銑削相結(jié)合，以提供在燒結(jié)步驟后不需要額外后處理的金屬零件。成品模具（或其他金屬零件）可以以更快、更少的步驟制造；在許多情況下，以這種方式生產(chǎn)的模具可以直接用于注塑成型。

■通過高速銑削加工成型加上最小的燒結(jié)收縮使TrueShape能夠提供幾乎不需要或不需要后處理的模具和其他金屬3D打印部件。照片來源：Mantle

“預處理”以避免后處理

在其他類型的金屬3D打印中，“后處理可能需要75%的成本和大量時間，”Mantle創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ted Sorom說。該公司的TrueShape工藝旨在通過最大限度地減少后處理或完全避免后處理來降低成本和交貨時間，旨在使3D打印模具更快、更經(jīng)濟實惠。

混合技術(shù)通過擠出噴嘴應用由金屬粉末和少量液體組成的可流動金屬膏 (FMP) 來構(gòu)建零件。每一層在沉積后都會被干燥以去除液體，只留下金屬粉末。高速銑削可以應用于整個打印過程——無論是某一層上，還是在打印結(jié)束時。據(jù)說由此產(chǎn)生的“綠色”或“棕色”3D打印部件比類似3D打印過程中創(chuàng)建的部件更致密；該公司表示，無需固化或脫脂，零件的最終燒結(jié)步驟僅導致9%至11%的收縮。

■這個醫(yī)療器械制造商的模具是在一周內(nèi)打印出來的，在用于生產(chǎn)注塑成型之前不需要表面處理

Sorom說，金屬3D打印是“關(guān)于獲得可以使用的金屬零件所需的時間，而不是打印所需的時間”。

打印和燒結(jié)在一起可能需要大約兩天的時間，但TrueShape的主要優(yōu)勢之一是燒結(jié)通常是過程的結(jié)束——而不是加工或進一步精加工的一步。通過銑削對零件進行“預處理”，加上低收縮率，意味著Mantle零件可以從燒結(jié)爐中取出，其公差和表面光潔度適合立即使用。Sorom指出，兩天獲得成品零件與兩天獲得近凈零件不同，后者需要額外的后處理。

他說：“這是一種精密零件解決方案。我們想讓你按下一個按鈕，得到你真正想要的零件。”

更快地獲得最終金屬零件

與傳統(tǒng)處理和其他形式的3D打印相比，TrueShape代表了一種工藝整合，可顯著減少從按下按鈕到得到最終零件的時間。與基于粉末的3D打印相比，基于擠出的工藝還帶來了獨特的優(yōu)勢。在典型的粉末床融合工藝中，材料均勻性會影響打印零件的可預測性和質(zhì)量。使用的金屬粉末必須是均質(zhì)混合物。相比之下，Mantle的FMP材料格式允許混合不同類型和粒度的粉末，以及均勻分布的液體成分，從而在成品中獲得更好、更強的微觀結(jié)構(gòu)。迄今為止，Mantle已開發(fā)出兩種材料，H13和P2X（一種P20工具鋼替代品），但未來可能會提供其他合金和專有混合物。

與任何3D打印方法一樣，該技術(shù)確實有其局限性。一方面，燒結(jié)步驟限制了可以使用的材料種類，以這種方式制造的零件和工具僅限于當前機器的200mm×200mm×150mm構(gòu)建體積。

擠壓不提供與其他3D打印方法一樣多的幾何可能性；雖然復雜性是可能的，但這款3D打印機并未針對需要支撐結(jié)構(gòu)的晶格或幾何形狀進行優(yōu)化，而是專注于典型注塑模具更常見的設(shè)計特征。雖然僅TrueShape就可以提供高精度和表面光潔度，但在某些情況下，成品工具需要通過拋光、銑削或EDM等傳統(tǒng)修改方法進行額外的后處理。然而，該系統(tǒng)的經(jīng)濟性（據(jù)說大約是DMLS打印機成本的四分之一），連同其整合的打印過程和節(jié)省的時間，使其成為其他模具制造方法的有吸引力的替代方案。