橡树岭国家实验室 (ORNL) ：3D打印金属模具有望加速美国汽车制造业

橡树岭国家实验室 (ORNL) 的研究人员证明，3D 打印金属模具在生产汽车大型复合材料部件方面具有显著优势。这项在 ORNL 制造示范设施 (MDF) 进行的研究发现，大规模增材制造技术能够比传统模具制造方法更高效地制造复杂的金属模具。这种方法有助于加速轻质复合材料在汽车生产中的应用。

林肯电气增材解决方案工厂采用刀具路径策略减轻重量，采用气体金属电弧焊增材制造工艺制造了两个近净成形模具。（图片来源：林肯电气）

“这种技术可以通过创造更智能、更快捷的制造基本工具的方式，帮助美国实现再工业化，并提升其竞争力，”橡树岭国家实验室制造机器人与控制小组首席研究员安德烈·尼茨（Andrzej Nycz）表示。“它使我们更接近自动化、智能化的生产流程。”

传统的金属加工工艺需要从大型钢块中去除材料，这会去除高达98%的原始材料，并产生大量废料。相比之下，增材制造使用广泛使用的焊丝逐层沉积金属，将废料减少至约10%。该工艺还能创建更复杂的模具几何形状，例如内部加热通道，而这在传统加工中难以实现。

研究团队与 Collaborative Composites Solutions (CCS) 合作，通过 3D 打印一个具有复杂内部结构的大型电池外壳模具来测试这一概念。他们采用林肯电气增材制造解决方案公司 (Lincoln Electric Additive Solutions) 的气体保护金属电弧焊 (GMAW) 增材制造技术，用 ER410 不锈钢丝打印了两个近净成形的模具。团队采用了专门的刀具路径策略，以在保持强度的同时减轻重量。

分析证实，轻量化模具满足结构性能要求，验证了增材制造用于高性能生产工装的可行性。该项目由美国能源部先进材料与制造技术办公室（AMMTO）资助，来自复合材料应用组、橡树岭国家实验室（ORNL）和林肯电气增材制造解决方案公司的其他研究人员也参与其中。

来源：ornl.gov