摘要：如果有一款工具，可以让金属3D打印模具大幅减少重量，同时还提高性能，你觉得模具厂商愿意做吗？南极熊猜想，很可能会非常抗拒！因为国内的金属3D打印模具服务，是以重量来计算价格的。

导读：如果有一款工具，可以让金属3D打印模具大幅减少重量，同时还提高性能，你觉得模具厂商愿意做吗？南极熊猜想，很可能会非常抗拒！因为国内的金属3D打印模具服务，是以重量来计算价格的。

△增材制造、拓扑优化的压淬工具部件。（图片来源：Fraunhofer IWU）

增材制造技术，尤其是激光粉末床熔合 (LPBF) 工艺，因其巨大的设计自由度，为模具制造提供了全新的可能性。

2025年10月24日，南极熊获悉，德国弗劳恩霍夫IWU正在开展“AdTopoTool”和“EWAM”两个研究项目，旨在加速开发和生产更高效的钣金成型和注塑成型模具。这也能提高零部件的质量，使用这些模具可以更高效地生产零部件。最终测试结果表明，与传统设计相比，所开发的3D打印制造工具可减轻约30%的重量，组件性能也同步得到了显著提升。

AdTopoTool：工具中高效的材料分布可减轻约 30% 的重量

许多模具制造公司仍然依赖基于经验的传统制造方法和设计，这通常会导致几何形状限制和模具重量过重。因此，生产时间和零件质量常常受到温度管理不足的影响。

在 AdTopoTool 研究项目中，合作伙伴 Fraunhofer IWU、Werkzeugbau Winkelmühle GmbH 和 H+E Produktentwicklung GmbH 证明：尽管对模具的热机械弹性和温度管理要求很高，但具有拓扑和冷却通道优化几何形状的增材制造模具仍具有显著优势。利用拓扑优化和增强的冷却通道设计，能够在不牺牲结构完整性的情况下制造出更轻的工具。

研究团队开发了数值方法来预测热应力模具在工作条件下的性能。他们应用这些方法，为注塑成型和热成形应用创建了优化的模具几何形状。通过拓扑优化，热应力模具通过智能材料布局和增强的冷却通道设计实现了轻量化和高刚度的理想平衡。

以注塑成型和模压淬火为例，开发的数值方法能够可靠地预测热应力模具的载荷和结构行为。该方法已应用到演示模具上，分别用于注塑成型和模压淬火，进行了拓扑优化和冷却通道设计。研究人员还在实验室规模上验证了优化的增材制造模具几何形状。测试结果表明，在保持形状稳定性的同时，注塑成型模具的重量减轻了34%，热成形模具的重量减轻了28%。

△左图：原始模具；右图：经拓扑优化的增材制造段。冷却通道均匀分布在模具表面，且位置更靠近表面，以实现更佳的温度管理。（图片来源：Fraunhofer IWU）

除了减轻重量外，改进后的冷却系统还显著提升了性能。注塑部件的循环时间缩短了60%，而热硬化部件的热处理时间几乎缩短了一半。研究人员还报告称，在某些情况下，部件质和尺寸精度也有所提高。

△ 得益于 AdTopoTool，重量显著减轻，从 265 克降至 174.8 克。注塑模具示例（左：原始模具，右：拓扑优化模具）。图片来源：FraunhoferIWU

EWAM：增材制造工具的自动温度通道设计

增材制造经验的缺乏、温度系统设计复杂以及施工指南不完善迄今为止阻碍了广泛应用。为解决这些障碍，弗劳恩霍夫IWU开展了另一个名为EWAM（增材制造高效工具制造）的项目。

项目旨在开发用于设计3D打印制造工具温度控制系统的自动化软件工具插件。这种复杂的设计过程本质上结合了增材制造的要求以及从热、流和应力分析中得出的关键见解。软件能够减少手动工作量并缩短工具开发时间，有望显著提高效率。此外计划中的软件插件将与各种3D CAD程序兼容，并使用通用编程语言，以促进行业应用。

这项研究将激光粉末床熔融3D打印与优化的几何形状和智能冷却系统相结合。弗劳恩霍夫IWU研究所希望，这种方法能够通过提供更快的实施速度和更高效的资源解决方案，使中型工具制造商受益。

来源：小辰看科技