模具是基礎(chǔ)工藝裝備，汽車、數(shù)碼等支柱產(chǎn)業(yè)中60%～80%的零部件靠模具成形。模具制造工藝直接影響其使用效益，其中冷卻系統(tǒng)對模具壽命、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)一般由直孔水道構(gòu)成，其形狀無法均勻貼近型腔表面，易造成冷卻不均且效率低，有些結(jié)構(gòu)(如高長徑比鑲塊)甚至無法加工水道。隨型腔結(jié)構(gòu)變化的隨形冷卻水道可*地提升冷卻效率和均勻性，但利用機加工和電火花等傳統(tǒng)工藝無法制造。有時為了滿足復雜模具冷卻的需求，往往需加工銅質(zhì)鑲塊以滿足局部冷卻要求，但增加了模具的制造周期和成本。因此，高性能模具制造亟需尋求新的加工方法。

增材制造是20世紀80年代末出現(xiàn)的一種*制造技術(shù)。該技術(shù)基于逐層疊加材料的制造原理，將復雜3D零件分解為若干2D制造，可快速制造出任意復雜的結(jié)構(gòu)。20世紀90年代增材制造已經(jīng)開始應(yīng)用于模具的快速制造，但主要是間接制造模具。如通過硅膠軟模翻模制造模具，間接制造的模具在性能、使用壽命上存在較大局限。隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，使用高能束熔化金屬材料可直接制造高性能金屬模具。

在金屬增材制造工藝種類中，激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting，SLM)工藝采用高能束光纖激光，能量密度高、光斑細小，在成形微細結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢，特別適合復雜模具或鑲塊的快速制造。華中科技大學快速制造中心團隊從2004年開始研究SLM技術(shù)及裝備，并依托模具技術(shù)國家重點實驗室重點開展復雜金屬模具的SLM材料與工藝研發(fā)，在廣東科龍模具公司、深圳兆威模具公司、東江模具公司等企業(yè)進行了應(yīng)用驗證。研究了420、S136、H13等常用模具材料的優(yōu)化方法及增材制造工藝，揭示了工藝對組織性能的影響規(guī)律，成形出了致密度99%、精度0.1mm、表面粗糙度小于Ra15μm的金屬模具或鑲塊。研究了增材制造模具熱處理及精加工工藝，建立了3D打印模具的后加工工藝，在硬度和表面粗糙度上滿zu模具生產(chǎn)要求。增材制造的模具或鑲塊應(yīng)用后，注射和冷卻時間明顯縮短，傳統(tǒng)冷卻容易產(chǎn)生的缺陷得到抑制和改善。

然而，增材制造金屬模具仍然面臨“材料種類少、應(yīng)力開裂嚴重和性能一致性差”的突出問題，制約了該項技術(shù)在模具領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用。因此，未來該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢可歸納為如下幾個方面：

1、適合增材制造工藝和模具性能要求的金屬材料設(shè)計與制備

以S136、H13模具鋼為成形材料，需弄清合金關(guān)鍵元素Cr、Mo、V、Si對于增材制造冶金質(zhì)量及模具性能的影響規(guī)律，氣霧化制粉等制備工藝對增材制造冶金質(zhì)量及模具性能的影響規(guī)律。

2、基于增材制造工藝的模具隨形水道設(shè)計規(guī)則

需弄清水道截面形狀、尺寸及變截面水道等尺寸因素對冷卻效果的影響規(guī)律，水道空間布置、多路水道并行布置對冷卻效果的影響規(guī)律，模具隨形水道設(shè)計規(guī)則及計算機輔助設(shè)計工具。

3、隨形水道-排氣通道-致密型體多工藝結(jié)構(gòu)一體化增材制造工藝

除了冷卻水道外，模具還包括排氣通道和異形澆口等難制造結(jié)構(gòu)，可利用增材制造在復雜結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)區(qū)域致密度可調(diào)、性能可控的多工藝結(jié)構(gòu)一體化制造。