众所周知，轮胎的性能取决于模具的花纹设计，轮胎的安全性、排水性、抓地性、驾驶舒适性等都与其有关。轮胎的外形是由橡胶在轮胎模具中硫化成型的，而冬季胎或雪地胎的窄缝（如下图所示）是由模具上相应的钢片成型的。

全天候轮胎与雪地轮胎纹理对比

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传统 CNC 和 EDM 的挑战

轮胎模具花纹的加工精度直接影响轮胎的精度和质量，传统的加工方式主要是高速铣削，例如GF Machining Solutions的HSM 600U就是非常有代表性的加工设备。

目前钢模多采用手工镶嵌的方式制作，即在模具型腔内加工出钢板槽，再将加工好的钢板手工镶嵌。少量钢板在模具制造中不成问题，但一副冬季轮胎模具往往需要上千块钢板，有些特殊设计的轮胎甚至用到4000多块钢板。利用电火花设备生产多块钢板的加工工艺也被广泛应用，以省去手工镶嵌钢板的工序。

轮胎胎面模具

如今随着对轮胎性能和质量要求的不断提高，原本就复杂多样的花纹的复杂程度也不断提升。我们看到花纹结构开始呈现出三维扭曲、圆弧、多角度等特点（如下图所示），用传统的加工方式已经难以满足要求的精度；而模具所需的钢板种类也越来越多，原来通过冲压批量生产钢板的方式已经不具备成本优势。消费者不断变化的要求直接导致轮胎花纹的更新速度加快，同时也对生产厂家提出了更加严格的要求：模具数量少、模具多样、形状复杂。

典型的3D钢板（三维扭曲、多个圆弧、多个角度）

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增材制造的独特优势

传统的CNC、EDM等方法对于轮胎模具纹理制造正面临越来越严峻的挑战，但这恰恰是增材制造独有的优势！

轮胎行业巨头米其林是最早应用添加剂技术的公司之一，其对添加剂技术的研究可以追溯到2000年，经过数年潜心研究和测试，我们可以看到其2014年推出的高端轮胎CrossClimate Range系列产品中就运用了添加剂技术，该技术使轮胎在整个生命周期内都能保持高性能；此外，全天候轮胎Premier A/S和LTX系列产品也运用了该技术。

国内轮胎企业在增材技术的应用上主要集中在3D钢板上，如山东豪迈利用增材制造技术生产出传统加工方式无法制造的部件，使轮胎模具花纹具有三维花纹，从而使子午线橡胶轮胎具有冬季在雨雪路面上行驶不中断、夏季在干燥路面上有效制动、在磨损胎面新沟槽中持续牵引等优势。

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增材制造技术打印 3D 钢板

增材制造是一种利用三维数字模型直接打印产品的生产方式，其逐层成型的原理突破了传统加工结构设计的限制，为复杂结构的生产提供了新途径。增材技术在轮胎模具中的应用最经典的例子就是3D钢板。无论是锋利的边缘、圆润的边缘、3D结构，还是用于固定钢板设计的细微纹理，都可以通过增材制造技术轻松实现（见下图）。

3D钢板特点

此外，同一批生产可以打印多种尺寸和形状的钢板，利用3DXpert软件可以任意修改钢板设计，真正实现个性化批量生产。利用GF Processing Solutions增材制造设备生产的钢板致密度可达99.50%，利用不锈钢材料打印的钢板强度可达1000MPa以上，利用模具钢打印的钢板强度可达1800MPa以上。

同一批次的不同板材设计

同时，为提高增材技术的经济效益，降低单张钢板的生产成本，最大化每张钢板可打印的钢板数量至关重要。目前，一张增材制造钢板的成本约为10-50元。成本差异不仅因钢板设计不同，还受到增材设备性能的影响。

例如，标准增材制造设备的打印面积为250x250mm，性能好的设备基本能利用整个打印空间，一板打印的钢片也完全可以满足强度要求。而性能较差的设备可能只能利用50%~60%的打印板，其单件生产成本急剧上升。

3D钢板目前的发展趋势是形状越来越复杂、产品越来越薄、强度要求越来越高，因此对设备的性能要求也越来越严格。GF Processing Solutions的增材设备拥有更优化的光路和风场设计，以及比行业平均水平更大的275x275x380mm的成型面积，可以低成本生产出高质量的3D钢板。

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增材制造技术打印整个模型模具

通过增材制造生产的钢板大大提高了轮胎模具的性能，增加了企业的竞争力。即便如此，钢板的镶嵌问题仍然是模具制造商非常头疼的问题。特别是随着钢板数量的增加，钢板之间的距离减小，使得空间太小而无法利用。当距离小于5-6mm时，这个问题尤其明显。因此，增材技术真正的潜力不仅在于生产3D钢板，还在于直接打印整个花纹模具。换句话说，复杂花纹模具的集成生产是增材技术在轮胎模具行业最重要的应用。未来，率先掌握这一技术的轮胎模具企业将能够通过简化和数字化流程进一步降低成本，最终在激烈的竞争市场中脱颖而出。

其实增材制造行业还有很多这样的尝试，但大多停留在技术验证阶段，并未实现量产，主要挑战在于表面质量和尺寸公差。GF Processing Solutions 针对这一问题推出了相应的解决方案，通过独特设计的打印策略和规划，有效减少打印过程中的应力积累，将打印时间缩短至 30 小时以内。

GF加工方案打印策略图

打印策略优化前的表面粗糙度

打印策略优化后的表面粗糙度

GF Processing Solutions 的轮胎模具解决方案已帮助全球众多知名轮胎制造商生产出性能优异的轮胎和模具，并受到广泛好评。

增材制造技术在制造小批量、形状多样、花纹复杂的一体化模具方面的优势逐渐显现，并被引入轮胎模具行业。可以预见，未来率先掌握增材制造技术的轮胎模具企业将能够通过工艺简化、数字化等方式进一步优化工艺、降低成本，最终在激烈的市场竞争中脱颖而出。