快速成型技術(shù)在模具制造業(yè)的應(yīng)用

古 麗，陳 曄，馬 超

天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院

快速成型技術(shù)在模具制造業(yè)的應(yīng)用

古 麗，陳 曄，馬 超

天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，模具制造業(yè)正經(jīng)歷著一場(chǎng)技術(shù)革命，即從傳統(tǒng)的制造方法向快速模具制造方法轉(zhuǎn)變的革命?？焖倌＞咧圃旒夹g(shù)最大的特點(diǎn)是可在短期內(nèi)制造出產(chǎn)品的模型或樣品，大幅降低成本，同時(shí)不受模型的幾何形狀的限制，對(duì)模具制造業(yè)的發(fā)展起了非常重要的推動(dòng)作用。本文重點(diǎn)論述了快速成型技術(shù)的分類、特點(diǎn)及其在模具制造業(yè)的應(yīng)用。

快速成型；模具；計(jì)算機(jī)輔助制造

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，許多國(guó)家都在不斷推陳出新研究先進(jìn)的制造技術(shù)以提高本國(guó)的制造水平。美國(guó)在1984年開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)快速成型裝置來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品，該技術(shù)很快得到了發(fā)展。快速成型技術(shù)將計(jì)算機(jī)控制、材料科學(xué)、激光技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行集成，將計(jì)算機(jī)中模型的三維信息通過(guò)快速成型系統(tǒng)呈現(xiàn)在產(chǎn)品模型或樣品上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型或樣品的快速制造?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)因其巨大的優(yōu)勢(shì)在多個(gè)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，在模具制造領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

一、快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介

快速成型制造是基于離散堆積的原理進(jìn)行累加式成型地。該技術(shù)將零件的CAD模型表面化處理后存儲(chǔ)成STL格式文件，按一定厚度對(duì)其進(jìn)行分層處理，得到二維平面輪廓信息。再將這些信息生成加工路徑代碼，在計(jì)算機(jī)的控制下，選擇性地固化或燒結(jié)或切割一層層材料形成各層平面輪廓，累積疊加形成三維實(shí)體，最后進(jìn)行處理生成原型?？焖俪尚图夹g(shù)主要包括：光固化快速成型技術(shù)（簡(jiǎn)稱SLA）；2.疊層實(shí)體制造技術(shù)（簡(jiǎn)稱LOM）；選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（簡(jiǎn)稱SLS）；熔融沉積制造法（簡(jiǎn)稱FDM）；三維打印快速成型工藝（簡(jiǎn)稱3DP）。

快速成型技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：可以自由成型制造；制造過(guò)程快速；添加式和數(shù)字化驅(qū)動(dòng)成型方法；技術(shù)高度集成；突出的經(jīng)濟(jì)效益；廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

二、快速模具制造技術(shù)

快速原型制造技術(shù)由于原材料使用范圍較窄,制作的模型還不能成為最終產(chǎn)品。但隨著其技術(shù)的不斷發(fā)展和模具制造業(yè)對(duì)快速制模需求的增加，快速成型技術(shù)正向模具制造方向發(fā)展，即形成了快速模具制造技術(shù)，如SLA、LOM、SLS、FDM、3DP、BPM等十幾種基于不同成形工藝的RPM技術(shù)已得到飛速發(fā)展。

將快速成型技術(shù)引入模具的開(kāi)發(fā)與制造，利用快速原型為母模翻制模具進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)，稱為快速模具制造技術(shù)（Rapid Tooling，RT）。RT技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是降低了生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)模具加工方法相比，周期及費(fèi)用都降低1/10~1/3左右。目前快速模具制造技術(shù)應(yīng)用較多的是間接制模法。間接制模法根據(jù)模具材質(zhì)的不同制作的模具又分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類。

1、軟質(zhì)模具

使用軟質(zhì)材料（如硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等）制造的模具即為軟質(zhì)模具。其成本低、周期短，因而在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)的功能檢測(cè)和市場(chǎng)試運(yùn)行，及國(guó)防等領(lǐng)域的單件生產(chǎn)方面受到高度重視。軟質(zhì)模具適合于批量小、種類多的產(chǎn)品生產(chǎn)。

目前軟質(zhì)模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、樹(shù)脂澆注法、金屬噴涂法、電鑄法等。

（1）硅橡膠澆注法該法以RPM為母模，采用硫化的有機(jī)硅橡膠澆注制作模具。該法對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無(wú)拔模斜度制件的制作質(zhì)量很高，制作周期短，但僅適用于單件或小批量制品的生產(chǎn)。

（2）環(huán)氧樹(shù)脂澆注法該法將準(zhǔn)備好的澆注原料注入型腔中使其固化（完成聚合或縮聚反應(yīng)），從而制得模具。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)適用此類方法，該法適合于注塑模、吸塑模等模具的制模。

（3）金屬噴涂法該法工藝非常簡(jiǎn)單，先制作基體的快速原型，再把低熔點(diǎn)合金或金屬噴涂到原型上形成薄殼，最后填充復(fù)合材料做背襯得到模具。該法模具成本低、周期短，特別適于小批量、多品種制品的生產(chǎn)。

2、硬質(zhì)模具

軟質(zhì)模具適合于數(shù)量為50~5000件制品的生產(chǎn)，對(duì)于大批量制件的生產(chǎn)，仍需硬質(zhì)模具（即鋼質(zhì)模具）。利用RP原型制作硬質(zhì)模具的方法主要有Keltool方法、NCC Tooling方法、熔模鑄造法、電脈沖加工法、陶瓷型精密鑄造法等。

（1）Keltool方法Keltool方法工藝路線為：利用SLA方法制作原型—制作硅橡膠過(guò)渡?！獫沧⒒煊兴芰险辰Y(jié)劑的金屬粉末—加熱燒結(jié)形成高密度模坯—滲銅—打磨拋光得到模具。模具型腔表面硬度可達(dá)到45～50HRC。該法制模周期較長(zhǎng)，材料價(jià)格較貴，運(yùn)作成本高，工藝較復(fù)雜。該法適合生產(chǎn)低精度的模具，其尺寸精度為250±0.04mm。

（2）NCC Tooling方法該工藝是利用SLA方法制得的模型作為母型，在母型上用電鍍的方法形成1～5mm厚的鎳殼，再在鎳層上化學(xué)粘接陶瓷作背襯，最后去除母型得到模具。該法適用于批量生產(chǎn)，制件的精度與SLA工藝制件的精度同等級(jí)，可用于注塑模的制造。

（3）熔模精密鑄造法該法是利用RP原型或其翻制的軟質(zhì)模具制作蠟?zāi)?，再利用熔模精鑄工藝制作鋼質(zhì)模具。熔模精密鑄造法的特點(diǎn)是幾乎所有的RP原型都可作為母模，該法可批量生產(chǎn)鋼質(zhì)模具。

三、結(jié)論

以RP＆M原型作母模來(lái)翻制模具的快速模具制造技術(shù)，可快速形成高效、低成本、質(zhì)優(yōu)的批量生產(chǎn)，對(duì)于企業(yè)開(kāi)發(fā)研制新產(chǎn)品的投資風(fēng)險(xiǎn)有了很大的保障，是目前國(guó)內(nèi)模具制造業(yè)進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，快速實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的主要手段。RP＆M有力的支持了同步工程的實(shí)施，為模具制造企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)不可估計(jì)的收益。

[1]寧宇.基于快速成型技術(shù)的汽車燈具新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[D].吉林:吉林大學(xué),2005.

[2]王廣春,趙國(guó)群,楊艷.快速成型與快速模具制造技術(shù).新技術(shù)新工藝,2000(9):30-32.

[3]金捷.基于快速成型技術(shù)的快速模具制造.熱加工工藝，2011,40(9):186-189

[4]張海鷗.快速模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì).模具技術(shù),2000(6):84-89.

[5]閆紅蕾.淺談快速原型制造技術(shù)在快速模具制造中的應(yīng)用.農(nóng)機(jī)工程,2015,35(6):22-23.

古麗（1986-），女，天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院機(jī)械工程系，講師。