快速成型技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

王崢

>摘要：

快速成型技術(shù)（RP）作為一種正在成熟的先進(jìn)制造技術(shù)，已成功的實(shí)現(xiàn)了快速原型制造，正向快速制造方向迅速發(fā)展。研究和了解快速成型技術(shù)在快速制模方向的應(yīng)用，找出一些需要解決的問(wèn)題。

一、RP技術(shù)概論

當(dāng)今時(shí)代，制造業(yè)市場(chǎng)需求不斷向多樣化、高質(zhì)量、高性能、低成本、高科技的方向發(fā)展，快速地將多樣化、性能好的產(chǎn)品推向市場(chǎng)成為了制造業(yè)廠商把握市場(chǎng)先機(jī)的關(guān)鍵?？焖俪尚图夹g(shù)（RP）正是在這種時(shí)代的需求下應(yīng)運(yùn)而生的。它是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。

二、RP技術(shù)的模具制作方法

傳統(tǒng)的模具制造方法可分為兩種，一種是借助母模翻制模具，另一種就是用數(shù)控機(jī)床直接制造模具，將快速成型技術(shù)引入模具制造過(guò)程后的模具開發(fā)制造就是快速模具制造。快速成型技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用來(lái)制作模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中所用的母模，有時(shí)也用快速成型技術(shù)直接制造模具。因此分為兩類：直接制模法和間接制模法。

（一）直接制模法

SLS激光粉末燒結(jié)。一般的工藝流程為：先在基底上鋪上一層粉末，壓輥壓實(shí)后，用激光有選擇的燒結(jié)一個(gè)層面。然后新的一層粉末通達(dá)鋪粉裝置鋪在上面，進(jìn)行下一層燒結(jié)，反復(fù)進(jìn)行直至得到最終的零件。目前主要有兩種商品化的SLS工藝：一是美國(guó)DTM公司的RapidTool工藝；另一種是德國(guó)EOS公司的DirectTool工藝。

3D打印。3D打印技術(shù)已發(fā)展成可利用噴頭有選擇地向金屬粉末噴射粘結(jié)劑，利用粘結(jié)劑使金屬粉末成型。這種低密度的（約為50%）成型件也要經(jīng)過(guò)去除粘結(jié)劑和滲銅處理，最終得到密度達(dá)92%以上的模件。其成型厚度為0.17mm，因而其尺寸精度只達(dá)到±0.1mm的水平。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以制造的材料多種多樣，這種多樣性既可體現(xiàn)在不同模件上，也可體現(xiàn)在同一個(gè)模件上，其尺寸也可以比較大，幾何形狀任意，過(guò)程簡(jiǎn)單，是一種比較看好的技術(shù)。

光固化法制作注射成型模具。以環(huán)氧樹脂基的光敏樹脂為原料在SL設(shè)備上成型的方法。它用密集激光束過(guò)量掃描待成型表面，即激光束掃描間距很小，甚至部分重合，同時(shí)照射非常均勻。該法制作的快速成型件的精度和表面光潔度在目前所有RP方法中是最好的，因此常用它來(lái)制作模具制造中所用的母模。用此種方法直接制作注射模的型腔或型芯，也達(dá)到了非常好的效果，可用于注射多種熱塑性的塑料，壽命達(dá)200件，價(jià)格適中，制作時(shí)間一般在2星期左右。

（二）間接制模法硅膠模。

硅膠模應(yīng)用非常廣泛，硅膠模具有制作速度極快，可以澆鑄多種熱固性塑料，成型件具有較好精度，價(jià)格非常便宜等優(yōu)點(diǎn)，但硅膠模不能制作精度要求很高的零件，壽命短，通常只能澆鑄25～30件。

環(huán)氧樹脂模具。環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱性極差，用純環(huán)氧樹脂制作的模具進(jìn)行注塑成型時(shí)的熱量難以散出，解決的辦法就是制作環(huán)氧樹脂的模具特征表面，背后充填導(dǎo)熱性好的材料。這樣制作的模具具有很好的抗壓強(qiáng)度，完全可以用于象注塑成型那樣的壓力成型，具有研磨性的材料也可以注塑，壽命達(dá)數(shù)千件。

表面噴涂金屬的模具。此種模具用于注射成型的壽命可達(dá)2500件左右。研究成果表明，若在母模表面噴涂鎳可進(jìn)一步提高模具使用壽命，因其具有較高表面硬度和耐磨性，抗腐蝕性好，開模后注射成型件容易取出。這樣的模具在不到兩天時(shí)間內(nèi)就可制作完成。注意這類模具的使用溫度不能超過(guò)300℃。

三、RP的快速模具制造需解決的問(wèn)題

利用RP技術(shù)發(fā)展快速模具制造技術(shù)還存在以下主要問(wèn)題需要解決或者說(shuō)需要進(jìn)一步提高。

①表面質(zhì)量如何滿足模具的要求，否則無(wú)法承受如注射成型這樣的高壓。②尺寸精度如何滿足模具制造的要求，尤其是制造較大模具時(shí)，尺寸更不穩(wěn)定。③用作母模時(shí)的強(qiáng)度，耐熱和耐腐蝕性，形狀和尺寸的時(shí)效問(wèn)題。④塑料或樹脂類模具的導(dǎo)熱性很差，導(dǎo)熱差雖然帶來(lái)了可用較低注射壓力的好處，但生產(chǎn)周期太長(zhǎng)也必須考慮。⑤多數(shù)所謂金屬模具都需要最后滲銅，這就造成這種金屬模具的使用溫度不可太高，可能超過(guò)500℃就不行了。⑥使用壽命的進(jìn)一步延長(zhǎng)和使用成本的進(jìn)一步降低。⑦目前所能制造的模具的體積都很小，怎樣制造大型模具？⑧受不可缺少的后處理工序的限制，目前還不能制造具有很小細(xì)節(jié)特征的模具，尤其是具有內(nèi)凹形狀的模具。⑨目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限，需要開發(fā)新型材料。

四、結(jié)語(yǔ)

快速成型技術(shù)的應(yīng)用已從原型制造發(fā)展到模具制造，使傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)煥發(fā)出新的活力，同時(shí)快速成型技術(shù)在快速模具制造領(lǐng)域的成功應(yīng)用無(wú)疑會(huì)給快速成型技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展注入新的生命力。需要注意的是：

（一）隨著快速成型技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它在小批量生產(chǎn)和單體復(fù)制領(lǐng)域還是大有可為的。

（二）快速成型技術(shù)對(duì)模具制造的貢獻(xiàn)，雖然現(xiàn)階段制作的快速模具質(zhì)量和壽命還不太盡人意，實(shí)踐證明仍然可以應(yīng)用于中小批量的注塑成型和模壓鑄造，相信快速模具制造技術(shù)會(huì)在短期內(nèi)有很大突破。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者單位：新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院】