轮胎的性能取决于轮胎模具中的花纹设计，花纹是重要而复杂的加工难点，其加工精度直接影响轮胎的精度和质量，甚至影响轮胎的安全性、驾驶舒适性等。花纹结构在空间上往往呈现三维扭曲，轮胎花纹具有较多的圆弧和角度，用传统的加工方法很难准确完成，即使采用电火花加工工艺也存在一些难以解决的问题。

但设计的复杂性正是选区激光熔化增材制造-3D打印技术的优势所在。在轮胎模具制造领域，3D打印技术有两个层次的应用：第一是复杂轮胎模具中钢板的制造，特别是性能要求较高的冬季胎或雪地胎模具。该技术目前已被国内外各大轮胎模具制造商投入使用；另一个层次是复杂花纹模具的集成制造，即无需单独制造钢板或镶嵌钢板。虽然还存在变形、成本高等应用难点，但这种应用在简化工艺、提高轮胎性能方面具有很大的优势。

3D科学谷将通过两期文章分享GF加工解决方案在上述两个层面的应用案例和技术方案。

本期分享了GF Processing Solutions金属增材制造技术在轮胎模具钢板生产中的应用，下期3D科学谷将分享GF Processing Solutions如何优化打印策略解决复杂花纹模具集成增材制造的难题，以及与其他加工技术对接的整体解决方案。

满足复杂性和强度要求

个性化量产

轮胎行业巨头米其林是最早应用增材制造技术的公司之一，其对增材制造技术的涉足可以追溯到2000年，经过数年潜心研究和测试，米其林于2014年推出了采用增材制造模具制造的高端轮胎CrossClimate系列，该技术使轮胎在整个生命周期内都能保持高性能，随后推出的全天候轮胎Premier A/S、LTX系列产品也采用相同技术制造。

国内轮胎企业主要集中于增材技术在钢板制造中的应用，如山东豪迈利用金属3D打印技术生产出具有复杂、立体花纹的钢板，使子午线橡胶轮胎具备冬季在雨雪路面上持续行驶、夏季在干燥路面上有效制动、在磨损胎面上新沟槽中持续牵引等优势。

轮胎的外形是通过轮胎模具中橡胶的硫化而形成的，而冬季轮胎或雪地轮胎的狭窄间隙（见下图）是通过模具上相应的钢板形成的。

全天候轮胎（左）和雪地轮胎（右）的纹理比较。来源：GF Processing Solutions

随着对轮胎性能和质量要求的提高，原本就复杂多样的花纹的复杂程度也不断提高，花纹结构开始呈现三维扭曲、圆弧、多角度等特点（图3），传统的加工方式已不能满足要求的精度。

此外，一套模具需要的钢板种类越来越多，原来通过冲压的方式批量生产钢板已经不具备成本优势。消费者不断变化的需求直接导致轮胎花纹的更新换代加快，同时对制造商提出了更严苛的要求：更少、更多样、更复杂的模具。而能够应对小型、多样、复杂的设计，恰恰是3D打印技术的优势所在。

典型的 3D 打印钢板（三维变形、多个圆弧、多个角度）。来源：GF Processing Solutions

在轮胎模具制造中，3D打印最经典的应用案例就是钢板，无论是锋利的边缘、圆边、3D结构，还是用于固定钢板设计的细微纹理，都可以通过3D打印来实现（见下图）。