Thiết kế khuôn mẫu là ngành kỹ thuật nền tảng cho các quy trình sản xuất công nghiệp hàng loạt, bao gồm việc tạo ra các hệ thống dụng cụ dùng trong đúc kim loại (khuôn đúc) và ép nhựa (khuôn ép). Lĩnh vực này đòi hỏi sự hiểu biết toàn diện về tính chất vật liệu, quản lý nhiệt và các nguyên lý kỹ thuật cơ khí. Quá trình thiết kế bắt đầu bằng việc phân tích chi tiết bản vẽ sản phẩm, áp dụng các nguyên tắc khả năng chế tạo để xác định và giải quyết các vấn đề sản xuất tiềm ẩn. Đối với ứng dụng đúc áp lực, thiết kế tập trung vào việc kiểm soát dòng chảy kim loại nóng chảy, ứng suất nhiệt và mô hình hóa quá trình đông đặc, với trọng tâm là hệ thống rót, hốc tràn và tối ưu hóa kênh làm mát. Đối với ép phun, ưu tiên chuyển sang các đặc tính dòng chảy của polymer, bù trừ co ngót và thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm. Các thành phần chung bao gồm hệ thống lòng khuôn và lõi xác định hình học sản phẩm, cơ cấu cấp liệu để đưa vật liệu vào đúng cách, hệ thống điều khiển nhiệt độ nhằm duy trì ổn định quá trình, và hệ thống đẩy để lấy chi tiết ra. Việc lựa chọn vật liệu rất quan trọng, thép dụng cụ được chọn dựa trên yêu cầu sản xuất — khả năng chống mỏi nhiệt đối với ứng dụng đúc áp lực, khả năng chống mài mòn khi xử lý vật liệu ăn mòn, và khả năng đánh bóng cao đối với bề mặt thẩm mỹ. Các phương pháp thiết kế hiện đại sử dụng mạnh mẽ phần mềm CAD/CAE để lập mô hình 3D, mô phỏng quá trình và phân tích kết cấu. Thiết kế cũng phải đáp ứng các yếu tố thực tế như dễ bảo trì, tiêu chuẩn hóa linh kiện và tương thích với thiết bị sản xuất. Đối với sản xuất số lượng lớn, thiết kế khuôn đúc và khuôn ép được xây dựng chắc chắn, có hệ thống căn chỉnh chính xác và cấu hình làm mát hiệu quả để tối đa hóa năng suất. Thiết kế khuôn mẫu thành công mang lại các hệ thống sản xuất có thể tạo ra các chi tiết với chất lượng ổn định, độ chính xác kích thước cao và bề mặt hoàn thiện tốt, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả kinh tế sản xuất thông qua tuổi thọ khuôn dài hơn, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm thiểu lãng phí vật liệu. Ngành kỹ thuật này đóng vai trò liên kết then chốt giữa thiết kế sản phẩm và sản xuất thương mại trong các ngành ô tô, hàng tiêu dùng, y tế và điện tử trên toàn thế giới.