導(dǎo)讀：如果有一款工具，可以讓金屬3D打印模具大幅減少重量，同時(shí)還提高性能，你覺(jué)得模具廠商愿意做嗎？南極熊猜想，很可能會(huì)非?？咕埽∫?yàn)閲?guó)內(nèi)的金屬3D打印模具服務(wù)，是以重量來(lái)計(jì)算價(jià)格的。

△增材制造、拓?fù)鋬?yōu)化的壓淬工具部件。（圖片來(lái)源：Fraunhofer IWU）

增材制造技術(shù)，尤其是激光粉末床熔合 (LPBF) 工藝，因其巨大的設(shè)計(jì)自由度，為模具制造提供了全新的可能性。

2025年10月24日，南極熊獲悉，德國(guó)弗勞恩霍夫IWU正在開(kāi)展“AdTopoTool”和“EWAM”兩個(gè)研究項(xiàng)目，旨在加速開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)更高效的鈑金成型和注塑成型模具。這也能提高零部件的質(zhì)量，使用這些模具可以更高效地生產(chǎn)零部件。最終測(cè)試結(jié)果表明，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，所開(kāi)發(fā)的3D打印制造工具可減輕約30%的重量，組件性能也同步得到了顯著提升。

AdTopoTool：工具中高效的材料分布可減輕約 30% 的重量

許多模具制造公司仍然依賴基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)制造方法和設(shè)計(jì)，這通常會(huì)導(dǎo)致幾何形狀限制和模具重量過(guò)重。因此，生產(chǎn)時(shí)間和零件質(zhì)量常常受到溫度管理不足的影響。

在 AdTopoTool 研究項(xiàng)目中，合作伙伴 Fraunhofer IWU、Werkzeugbau Winkelmühle GmbH 和 H+E Produktentwicklung GmbH 證明：盡管對(duì)模具的熱機(jī)械彈性和溫度管理要求很高，但具有拓?fù)浜屠鋮s通道優(yōu)化幾何形狀的增材制造模具仍具有顯著優(yōu)勢(shì)。利用拓?fù)鋬?yōu)化和增強(qiáng)的冷卻通道設(shè)計(jì)，能夠在不犧牲結(jié)構(gòu)完整性的情況下制造出更輕的工具。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了數(shù)值方法來(lái)預(yù)測(cè)熱應(yīng)力模具在工作條件下的性能。他們應(yīng)用這些方法，為注塑成型和熱成形應(yīng)用創(chuàng)建了優(yōu)化的模具幾何形狀。通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化，熱應(yīng)力模具通過(guò)智能材料布局和增強(qiáng)的冷卻通道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了輕量化和高剛度的理想平衡。

以注塑成型和模壓淬火為例，開(kāi)發(fā)的數(shù)值方法能夠可靠地預(yù)測(cè)熱應(yīng)力模具的載荷和結(jié)構(gòu)行為。該方法已應(yīng)用到演示模具上，分別用于注塑成型和模壓淬火，進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化和冷卻通道設(shè)計(jì)。研究人員還在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上驗(yàn)證了優(yōu)化的增材制造模具幾何形狀。測(cè)試結(jié)果表明，在保持形狀穩(wěn)定性的同時(shí)，注塑成型模具的重量減輕了34%，熱成形模具的重量減輕了28%。

△左圖：原始模具；右圖：經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化的增材制造段。冷卻通道均勻分布在模具表面，且位置更靠近表面，以實(shí)現(xiàn)更佳的溫度管理。（圖片來(lái)源：Fraunhofer IWU）

除了減輕重量外，改進(jìn)后的冷卻系統(tǒng)還顯著提升了性能。注塑部件的循環(huán)時(shí)間縮短了60%，而熱硬化部件的熱處理時(shí)間幾乎縮短了一半。研究人員還報(bào)告稱，在某些情況下，部件質(zhì)和尺寸精度也有所提高。

△ 得益于 AdTopoTool，重量顯著減輕，從 265 克降至 174.8 克。注塑模具示例（左：原始模具，右：拓?fù)鋬?yōu)化模具）。圖片來(lái)源：FraunhoferIWU

EWAM：增材制造工具的自動(dòng)溫度通道設(shè)計(jì)

增材制造經(jīng)驗(yàn)的缺乏、溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜以及施工指南不完善迄今為止阻礙了廣泛應(yīng)用。為解決這些障礙，弗勞恩霍夫IWU開(kāi)展了另一個(gè)名為EWAM（增材制造高效工具制造）的項(xiàng)目。

項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)用于設(shè)計(jì)3D打印制造工具溫度控制系統(tǒng)的自動(dòng)化軟件工具插件。這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程本質(zhì)上結(jié)合了增材制造的要求以及從熱、流和應(yīng)力分析中得出的關(guān)鍵見(jiàn)解。軟件能夠減少手動(dòng)工作量并縮短工具開(kāi)發(fā)時(shí)間，有望顯著提高效率。此外計(jì)劃中的軟件插件將與各種3D CAD程序兼容，并使用通用編程語(yǔ)言，以促進(jìn)行業(yè)應(yīng)用。

這項(xiàng)研究將激光粉末床熔融3D打印與優(yōu)化的幾何形狀和智能冷卻系統(tǒng)相結(jié)合。弗勞恩霍夫IWU研究所希望，這種方法能夠通過(guò)提供更快的實(shí)施速度和更高效的資源解決方案，使中型工具制造商受益。