Research progress in 3D printing technology for intelligent mold manufacturing

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.021

Abstract

CLC Number:

TQ320.66

FENG Chao, WANG Shunguo, ZHU Jian. Research progress in 3D printing technology for intelligent mold manufacturing[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 137-141.

Figures/Tables 4

Fig.1. Schematic diagram of FDM 3D printing technology［7］

Fig.2. （a）、（b）、（c） Cross⁃section of the CAD model；（b）Square model；（d） Mechanical test samples；（f）Spiral［18］

Fig.3. （a） Schematic diagram of the experimental method；（b） Three⁃dimensional （3D） model of the tool mold；（c） Three⁃dimensional model of the target product mold；（d）A side view photo of the polymer mold

Fig.4. Casting sand mold 3D printer［34］

References 40

[1]	ZHOU X， REN L， SONG Z， et al. Advances in 3D/4D printing of mechanical metamaterials： From manufacturing to applications［J］. Composites Part B： Engineering， 2023， 254： 110585.
[2]	肖婷，刘坚. 模具制造中3D打印技术的应用研究［J］. 工业设计， 2019， 05： 154⁃155.
[3]	KHOSRAVANI M R， NASIRI S， REINICKE T. Intelligent knowledge⁃based system to improve injection molding process［J］. Journal of Industrial Information Integration， 2022， 25： 100275.
[4]	CHUAN Y， TANG H. Study on direct fabrication of ceramic shell mold with slurry⁃based ceramic laser fusion and ceramic laser sintering［J］. slurry⁃based ceramic laser fusion and ceramic laser sintering The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2012， 60： 1 009⁃1 015.
[5]	贺超良，汤朝晖，田华雨，等. 3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展［J］. 高分子学报， 2013，（6）： 722⁃732.
[6]	关博文，张代军，王成博，等. 基于FDM的连续纤维增强复合材料3D打印技术研究进展［J］. 复合材料科学与工程， 2024， 01（08）： 1⁃10.
[7]	MAKKI T， VATTATHURVALAPPIL S H， THERAVALAPPIL R， et al. 3D and 4D printing： A review of virgin polymers used in fused deposition modeling［J］. Composites Part C： Open Access， 2024， 14： 100472.
[8]	王东立，梁宏斌. FDM在模具制造中精度及强度的研究［J］.机械设计与制造. 2016（01）： 112⁃114+118.
[9]	郝鹏. 3D打印模具常见问题的解决方法［J］. 中国铸造装备与技术，2018， 53（04）： 47⁃51.
[10]	王志勇. FDM打印模具的制作及影响因素［J］. 中国铸造装备与技术， 2018， 53（05）： 43⁃45.
[11]	KARIZ M， SERNEK M， OBUCINA M， KUZMAN M K. Effect of wood content in FDM filament on properties of 3D printed parts［J］. Materials Today Communications， 2018， 14： 135⁃140.
[12]	AYRILMIS N. Effect of layer thickness on surface properties of 3D printed materials produced from wood flour/PLA filament［J］. Polymer Testing， 2018， 71： 163⁃166.
[13]	CHEN S， WANG C， ZHENG W， et al. Effects of particle size distribution and sintering temperature on properties of alumina mold material prepared by stereolithography［J］. 2022， 48（15）： 6 069⁃6 077.
[14]	李东方，陈继民，袁艳萍，等. 光固化快速成型技术的进展及应用［J］. 北京工业大学学报， 2015， 41（12）： 1 769⁃1 774.
[15]	王广春，袁圆，刘东旭. 光固化快速成型技术的应用及其进展［J］. 航空制造技术， 2011，（6）： 26⁃29.
[16]	靳逸飞，丁永春，温家浩. 立体光固化增材制造技术应用现状及展望［J］. 金属加工， 2023，（3）： 18⁃23.
[17]	史耀君，张晓东，缪锋，等. 立体光固化成型技术在机车零部件设计与铸造中的应用［J］. 机车车辆工艺， 2019（1）：22⁃23+38.
[18]	VIGANò D， BALZAROTTI R， SANTOLIQUIDO O， et al. A preliminary investigation of gyroids made of W⁃Cu composite materials produced by investment casting into SiO2⁃based molds 3D⁃printed by stereolithography［J］. Materials & Design， 2023， 234： 112361.
[19]	WANG C， ZHOU Y. Stereolithography⁃assisted sodium alginate⁃collagen hydrogel scaffold with molded internal channels［J］. Manufacturing Letters， 2024， 41： 375⁃383.
[20]	MILOVANOVI A， MILOEVI M， MLADENOVI G， et al. Experimental dimensional accuracy analysis of reformer prototype model produced by FDM and SLA 3D printing technology［J］. Springer， Cham， 2019， 54： 84⁃95.
[21]	SURACE R， BASILE V， BELLANTONE V， et al. Micro injection molding of thin cavities using stereolithography for mold fabrication［J］. polymers， 2021， 13： 1 848.
[22]	DIZON J R C， VALINO A D， SOUZA L R， et al. 3D Printed Injection Molds Using Various 3D Printing Technologies［J］. Materials Science Forum， 2020， 1005： 150⁃156.
[23]	HARRIS R A， HAGUE R J M， DICKENS P M. The structure of parts produced by stereolithography injection mould tools and the effect on part shrinkage［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture， 2004， 44（1）： 59⁃64.
[24]	CERDAN K， BRANCART J， CONINCK H D， et al. Laser sintering of self⁃healable and recyclable thermoset networks［J］. European Polymer Journal， 2022， 175： 111383.
[25]	STAMPONE B， RAVELLI M， GIORLEO L， TROTTA G. Thermal behaviour of resin inserts for micro injection moulding： a FEM analysis［J］. Procedia Computer Science， 2023， 217： 1 360⁃1 369.
[26]	WEI Q， ZHONG J， XU Z， et al. Microstructure evolution and mechanical properties of ceramic shell moulds for investment casting of turbine blades by selective laser sintering［J］. Ceramics International， 2018， 44（11）： 12 088⁃12 097.
[27]	费磊，邢娜，孙晶. 基于SLS汽车零件铸造模具快速成型技术的研究［J］. 自动化技术与应用， 2018， 37（06）： 130⁃133.
[28]	F R， A M， T⁃K HV. 3Dprinting based on imaging data：review of medicala pplications［J］. International Journal of Computer As⁃sisted Radiology&Surgery， 2010， 5（4）： 335⁃341.
[29]	王世崇，朱雨薇，吴瑶，等. 光固化 3D 打印技术及光敏树脂的开发与应用［J］. 功能高分子学报， 2022， 35（01）： 19⁃35.
[30]	RAZAVI BAZAZ S， KASHANINEJAD N， AZADI S， et al. Rapid Softlithography Using 3D‐Printed Molds［J］. Advanced Materials Technologies， 2019， 4（10）： 1900425.
[31]	KIM H， KIM J I， RYU S S， JEONG H. Cast WC⁃Co alloy⁃based tool manufacturing using a polymeric mold prepared via digital light processing 3D printing［J］. Materials Letters， 2022， 306： 130979.
[32]	WANG L， LIU X， WANG G， et al. Partially stabilized zirconia moulds fabricated by stereolithographic additive manufacturing via digital light processing［J］. Materials Science and Engineering： A， 2020， 770： 138537.
[33]	Licciulli A.， Corcione C. E.， Greco A.， et al. Laser stereolithography of ZrO₂ toughened Al₂O₃ ［J］. Journal of the European Ceramic Society， 2005， 25（9）： 1 581⁃1 589.
[34]	LIU H， LEI T， PENG F. Compensated printing and characterization of the droplet on the binder migration pattern during casting sand mold 3D printing［J］. Journal of Manufacturing Processes， 2023， 108： 114⁃125.
[35]	HARTMANN C， SILBERHORN J， ERHARD P， GüNTHER D. On the mechanism of binder migration in furan binder jetting of sand molds and cores［J］. Additive Manufacturing， 2024， 83： 104073.
[36]	SIVARUPAN T， BALASUBRAMANI N， SAXENA P， et al. A review on the progress and challenges of binder jet 3D printing of sand moulds for advanced casting［J］. Additive Manufacturing， 2021， 40： 101889.
[37]	YANG H， SHAN Z， YAN D， et al. Advances in Digital Multi⁃Material Composite Sand⁃Mold Binder⁃Jetting Forming Technology and Equipment［J］. Additive Manufacturing Frontiers， 2024， 3（2）： 200138.
[38]	BLANCO⁃ALEGRE C， CALVO A I， CASTRO⁃SASTRE M A， et al. Analysis of gaseous emission and particle number size distributions in metal casting processes with binder jetting moulds［J］. Building and Environment， 2024， 252： 111297.
[39]	RODRíGUEZ⁃GONZáLEZ P， FERNáNDEZ⁃ABIA A I， CASTRO⁃SASTRE M A， BARREIRO J. Heat treatments for improved quality binder jetted molds for casting aluminum alloys［J］. Additive Manufacturing， 2020， 36： 101524.
[40]	于泓，戴有华. 快速模具技术在摩托车齿轮箱盖制造中的应用［J］. 装备制造技术， 2009（2）： 145⁃146.