3D打印怎樣應對輪胎模具復雜花紋的鑄造工藝困擾與改良更新需求？
隨著全球公路建設和汽車工業的發展，汽車對輪胎的性能要求在不斷提升，輪胎結構也在不斷改進，輪胎花紋樣式隨之持續更新。因此對輪胎模具特別是高精度子午線輪胎模具的質量要求越來越嚴格。
各類車輛輪胎是由輪胎模具硫化成型制造的，輪胎模具的作用包括硫化和成型。輪胎產品中的花紋、圖案、字體及其他外觀特征皆由輪胎模具成型而來。對于精密子午線輪胎而言，輪胎花紋的加工精度直接影響到輪胎的性能。這對輪胎花紋加工提出的了挑戰。
3D打印技術已逐漸融入到了輪胎模具花紋的制造工藝中。在《鋼片還是復雜花紋一體化模具? 3D打印在輪胎模具制造中的兩種應用》一文中，3D科學谷曾結合案例透視了金屬3D打印技術在輪胎模具鋼片制造、花紋塊模具制造中的應用、價值以及潛在應用。
在過去的5年，不僅金屬3D打印在輪胎模具的加工方面獲得了長足的技術發展，塑料3D打印通過與精密鑄造工藝的結合在輪胎模具方面獲得了獨樹一幟的發展。本期，3D科學谷將結合聯泰科技的塑料3D打印在輪胎模具領域的解決方案，透視光固化3D打印技術怎樣融入高性能輪胎的模具制造中，如何為輪胎模具鑄造工藝創造附價值。
輪胎模具分類及制造工藝
輪胎模具是一種耗材產品，其市場規模的變化與輪胎產量的變化基本一致。根據信達證券的數據，2021年全球輪胎模具市場規模約150億元。全球汽車產業進入成熟期，增速放緩，但預計隨著疫情影響逐漸消退，需求將會復蘇，全球輪胎模具市場規模有望保持低速穩增狀態，預計到2025年達174億元。此外，輪胎花紋改良更新速度較快，實際生產中只有 20%的輪胎模具是因損耗需要更新，而 80%是由于過時等原因，也就是說多數輪胎模具制造需求源于下游應用市場對于產品迭代的需求。
輪胎模具是高技術含量、高精密度和高附加值的產品，是一種個性化屬性較強的模具。因輪胎模具的質量直接影響到輪胎的質量。
© 3D科學谷白皮書
如按照胎體結構劃分，輪胎分為斜交線輪胎和子午線輪胎。2019年，全國汽車輪胎的子午化率已達94%，本文接下來將要探討的也是子午線輪胎模具。
子午線輪胎可根據簾線材料的不同分為半鋼絲子午線輪胎和全鋼絲子午線輪胎，分別對應的模具為半鋼子午線輪胎模具和全鋼子午線輪胎模具。近年來，輪胎模具的發展趨勢為結構上從兩半模具發展到活絡模具，材質上包括鋼質和鋁質。
輪胎的性能包括具有優越的耐磨性、防滑性、散熱性、排水性、操作穩定性等，這些性能要求對輪胎模具的花紋結構提出了特殊要求與挑戰。子午線輪胎模具中的花紋結構往往呈現出空間三維扭曲，弧度多，角度多的特點。高性能子午線輪胎（如：冬季胎或雪地胎）花紋塊中的窄縫是由模具上相對應的鋼片成型的。
© 3D科學谷白皮書
子午線輪胎模具花紋制造工藝包括：手工鋼片鑲嵌、電火花加工、精密鑄造、高速雕刻花紋。除此之外金屬3D打印有望成為一種新的輪胎模具一體化花紋塊制造方式。
手工鑲嵌鋼片-若模具上鋼片數量少，并且鋼片高度較大時，通常采用人工鑲嵌方式。但是當模具中鋼片數量多并且密集時，若采用鑲嵌的方式來加工鋼片，由于缺少操作空間致使鑲嵌時和壓緊時工具很難施展，并且勞動強度大，人工鑲嵌則不可避免的會損傷模具表面，鑲嵌后的鋼片精度和牢固性也難以保證。金屬3D打印制造鋼片是目前輪胎模具企業主要的3D打印應用方向，在應對少量、多樣化和復雜的鋼片方面發揮了價值，但仍無法克服鑲嵌方式本身的挑戰。
精密鑄造-通常用于生產半鋼輪胎模具，該工藝在零件的復雜性和材料適應性方面具有優勢。但鑄型的制造流程繁瑣，需要的工藝裝備多，成本較高。光固化3D打印技術融入鑄造流程中，有望通過數字化制造的屬性提高帶有復雜花紋的輪胎模具鑄造的精密度和效率，在應對輪胎花紋更新換代需求時，也易于在模具制造環節中做出靈活的反應。
電火花加工-在加工復雜型腔、微孔和超硬、脆性材料等方面具有不可替代的獨特優勢，是模具制造中不可或缺的加工方法。電加工方式存在的挑戰包括電極損耗比較大，型腔花筋根部容易出現圓角等。
高速雕刻花紋-高速加工技術用于制造模具具有切削效率高、加工精度高、表面質量好等優勢。但是設備和刀具成本較高，投入較大；對于花紋鋼片比較多、花紋銳角較尖的花紋圖案，存在加工難度很大的問題。
金屬3D打印花紋塊制造-在制造鋼片一體化花紋塊方面存在獨特優勢。但在生產成本及滿足尺寸精度和表面光潔度要求方面仍存在挑戰。該技術目前仍處于應用探索早期。
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