3D打印怎样应对轮胎模具复杂花纹的铸造工艺困扰与改良更新需求？
随着全球公路建设和汽车工业的发展，汽车对轮胎的性能要求在不断提升，轮胎结构也在不断改进，轮胎花纹样式随之持续更新。因此对轮胎模具特别是高精度子午线轮胎模具的质量要求越来越严格。
各类车辆轮胎是由轮胎模具硫化成型制造的，轮胎模具的作用包括硫化和成型。轮胎产品中的花纹、图案、字体及其他外观特征皆由轮胎模具成型而来。对于精密子午线轮胎而言，轮胎花纹的加工精度直接影响到轮胎的性能。这对轮胎花纹加工提出的了挑战。
3D打印技术已逐渐融入到了轮胎模具花纹的制造工艺中。在《钢片还是复杂花纹一体化模具? 3D打印在轮胎模具制造中的两种应用》一文中，3D科学谷曾结合案例透视了金属3D打印技术在轮胎模具钢片制造、花纹块模具制造中的应用、价值以及潜在应用。
在过去的5年，不仅金属3D打印在轮胎模具的加工方面获得了长足的技术发展，塑料3D打印通过与精密铸造工艺的结合在轮胎模具方面获得了独树一帜的发展。本期，3D科学谷将结合联泰科技的塑料3D打印在轮胎模具领域的解决方案，透视光固化3D打印技术怎样融入高性能轮胎的模具制造中，如何为轮胎模具铸造工艺创造附价值。
轮胎模具分类及制造工艺
轮胎模具是一种耗材产品，其市场规模的变化与轮胎产量的变化基本一致。根据信达证券的数据，2021年全球轮胎模具市场规模约150亿元。全球汽车产业进入成熟期，增速放缓，但预计随着疫情影响逐渐消退，需求将会复苏，全球轮胎模具市场规模有望保持低速稳增状态，预计到2025年达174亿元。此外，轮胎花纹改良更新速度较快，实际生产中只有 20%的轮胎模具是因损耗需要更新，而 80%是由于过时等原因，也就是说多数轮胎模具制造需求源于下游应用市场对于产品迭代的需求。
轮胎模具是高技术含量、高精密度和高附加值的产品，是一种个性化属性较强的模具。因轮胎模具的质量直接影响到轮胎的质量。
© 3D科学谷白皮书
如按照胎体结构划分，轮胎分为斜交线轮胎和子午线轮胎。2019年，全国汽车轮胎的子午化率已达94%，本文接下来将要探讨的也是子午线轮胎模具。
子午线轮胎可根据帘线材料的不同分为半钢丝子午线轮胎和全钢丝子午线轮胎，分别对应的模具为半钢子午线轮胎模具和全钢子午线轮胎模具。近年来，轮胎模具的发展趋势为结构上从两半模具发展到活络模具，材质上包括钢质和铝质。
轮胎的性能包括具有优越的耐磨性、防滑性、散热性、排水性、操作稳定性等，这些性能要求对轮胎模具的花纹结构提出了特殊要求与挑战。子午线轮胎模具中的花纹结构往往呈现出空间三维扭曲，弧度多，角度多的特点。高性能子午线轮胎（如：冬季胎或雪地胎）花纹块中的窄缝是由模具上相对应的钢片成型的。
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子午线轮胎模具花纹制造工艺包括：手工钢片镶嵌、电火花加工、精密铸造、高速雕刻花纹。除此之外金属3D打印有望成为一种新的轮胎模具一体化花纹块制造方式。
手工镶嵌钢片-若模具上钢片数量少，并且钢片高度较大时，通常采用人工镶嵌方式。但是当模具中钢片数量多并且密集时，若采用镶嵌的方式来加工钢片，由于缺少操作空间致使镶嵌时和压紧时工具很难施展，并且劳动强度大，人工镶嵌则不可避免的会损伤模具表面，镶嵌后的钢片精度和牢固性也难以保证。金属3D打印制造钢片是目前轮胎模具企业主要的3D打印应用方向，在应对少量、多样化和复杂的钢片方面发挥了价值，但仍无法克服镶嵌方式本身的挑战。
精密铸造-通常用于生产半钢轮胎模具，该工艺在零件的复杂性和材料适应性方面具有优势。但铸型的制造流程繁琐，需要的工艺装备多，成本较高。光固化3D打印技术融入铸造流程中，有望通过数字化制造的属性提高带有复杂花纹的轮胎模具铸造的精密度和效率，在应对轮胎花纹更新换代需求时，也易于在模具制造环节中做出灵活的反应。
电火花加工-在加工复杂型腔、微孔和超硬、脆性材料等方面具有不可替代的独特优势，是模具制造中不可或缺的加工方法。电加工方式存在的挑战包括电极损耗比较大，型腔花筋根部容易出现圆角等。
高速雕刻花纹-高速加工技术用于制造模具具有切削效率高、加工精度高、表面质量好等优势。但是设备和刀具成本较高，投入较大；对于花纹钢片比较多、花纹锐角较尖的花纹图案，存在加工难度很大的问题。
金属3D打印花纹块制造-在制造钢片一体化花纹块方面存在独特优势。但在生产成本及满足尺寸精度和表面光洁度要求方面仍存在挑战。该技术目前仍处于应用探索早期。
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