模具制造中的快速成型技術(shù)分析與研究

范麗麗，李立蔚

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽滁州239000）

模具制造中的快速成型技術(shù)分析與研究

范麗麗，李立蔚

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽滁州239000）

快速成型技術(shù)是一種全新的技術(shù)模式，主要應(yīng)用在相關(guān)模具的制造中.這是一種在上個(gè)世紀(jì)九十年代初期發(fā)展的一種全新技術(shù)模式，在實(shí)踐中可無需相關(guān)機(jī)加工設(shè)備以及模具就可以實(shí)現(xiàn)一些形狀復(fù)雜的工件制造，同時(shí)在對(duì)相關(guān)模具的制造過程中，可以有效的節(jié)約其整體制造時(shí)間以及相關(guān)成本的投入.對(duì)此，本文主要探究了模具制造快速成型技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容.

模具制造；快速成型技術(shù)；研究

快速成型技術(shù)其自身的主要成型原理就是離散——疊加原理，基于此種原理可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)加工原型或者零件的快速加工，此種產(chǎn)品在實(shí)踐中具有一定的經(jīng)濟(jì)性與功能性，在今后的發(fā)展中有著廣泛前景.對(duì)此，本文主要探究了在模具制造中的快速成型技術(shù)的操作流程、相關(guān)工藝以及其在模具制作中的具體應(yīng)用.

1 快速成型技術(shù)概述

1.1 相關(guān)含義概述

快速成型技術(shù)英語名(Rapid Prototyping& Manufacturing,縮寫為RP)是一種在上個(gè)世界九十年代末期興起并發(fā)展起來的一種技術(shù)形式，其主要特征就是在實(shí)踐中，無需相關(guān)機(jī)加工設(shè)備或者模具就可以有效的實(shí)現(xiàn)各種相對(duì)較為復(fù)雜的工件制作，進(jìn)而在一些小批量的產(chǎn)品或者一些新產(chǎn)品的研制中，具有節(jié)省時(shí)間以及出事投資相對(duì)較少的優(yōu)勢(shì).快速成型技術(shù)的主要工作原理就是離散——疊加原理.快速加工原型以及相關(guān)快速加工零件并不是針對(duì)特定的東西，其具體的作用存在一定的差異性.其中，快速加工原型就是指全部的性質(zhì)以及功能的相關(guān)試驗(yàn)件，其主要應(yīng)用在相關(guān)新產(chǎn)品的測(cè)試中，其整體制造數(shù)量相對(duì)較少；而快速加工零件則是最終產(chǎn)品，是一種可以直接使用的產(chǎn)品模式，但是在實(shí)踐中快速加工原型與快速加工零件在整個(gè)生產(chǎn)中應(yīng)用均較為普遍，二者的自身作用是不相同的，在實(shí)踐中相關(guān)生產(chǎn)商會(huì)根據(jù)其具體的需求進(jìn)行實(shí)際選擇，也會(huì)將二者共同使用.

1.2 快速成型技術(shù)(RP)具體的成型操作流程

首先，基于計(jì)算機(jī)中的CAD軟件構(gòu)建相關(guān)生產(chǎn)模型的三維模型，這是整個(gè)工作流程的首要步驟，對(duì)于今后的操作有著直接的關(guān)系，如果其模型制作缺乏完整性，那么后續(xù)工作的開展勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一定的影響.

其次，在計(jì)算機(jī)中對(duì)其構(gòu)建完成的模型進(jìn)行分層切片，對(duì)其進(jìn)行模擬，在對(duì)其進(jìn)行操作過程中要保證其具有一定的真實(shí)性，盡可能的沿著同一個(gè)力與方向進(jìn)行切片操作，要避免每一次切片操作的方向不同，避免今后生存過程中出現(xiàn)不必要的問題.再次，就是對(duì)在計(jì)算機(jī)中切出來的薄皮信息進(jìn)行傳遞，時(shí)期與快速成型系統(tǒng)進(jìn)行融合，在對(duì)其進(jìn)行控制，保證原材料可以進(jìn)行逐層的加工，在通過疊加的形式，實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體.

最后，形成一個(gè)實(shí)際的零件.

在時(shí)代的發(fā)展中，此種技術(shù)得到了充分的發(fā)展，其應(yīng)用范圍相對(duì)較為廣泛，可以在汽車制造、航天建設(shè)、建筑以及衛(wèi)生醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，其發(fā)展前景相對(duì)較好.

1.3 快速成型分類

在現(xiàn)階段的市場(chǎng)中快速成型技術(shù)其整體開發(fā)工藝種類興對(duì)較為繁多，對(duì)此可以根據(jù)其使用的材質(zhì)不同對(duì)其進(jìn)行劃分，也可以根據(jù)其成型方式對(duì)其進(jìn)行劃分.采用激光或者其他光源的形式成型的可以將其劃分為立體光造型類別（SL）、光固化快速成型類別、疊層實(shí)體造型類別（LDM）、選擇性激光燒結(jié)類別（SLS）、形狀層積技術(shù)類別（SDM）；根據(jù)其原材料噴射工藝成型可以將其劃分為：熔融層積技術(shù)類別(FDM)、三維印刷技術(shù)類別(3DP).一些其他類別的工藝可以劃分為：樹脂熱固化成型類別(LTP)、實(shí)體掩模成型類別(SGC)、彈射顆粒成型類別(B FM)、空間成型類別(SF）、實(shí)體薄片成型類別(SFP）幾種類別.

2 快速成形模具制造相關(guān)工藝探究

2.1 快速成形工藝模式

第一，立體光刻技術(shù)

SLA在操作過程中，主要的工作原理就是通過紫外激光器作為主要能源，在將設(shè)計(jì)出來的一些三維模型進(jìn)行切片處理.

在實(shí)踐中，主要就是通過氦一福激光器與氨離子激光器進(jìn)行操作，另種激光器的波長(zhǎng)以及功率都是不相同的，對(duì)此可以基于實(shí)際狀況對(duì)其進(jìn)行靈活應(yīng)用.在執(zhí)行模型切塊的操作中，可以對(duì)相關(guān)分層信息進(jìn)行了解，然后基于計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)程處理，通過激光束的掃描操作，對(duì)其范圍內(nèi)春裝的一些液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行轉(zhuǎn)變，時(shí)期變成固體的形式，繼而就會(huì)形成一個(gè)相對(duì)較薄的固體截面，在后續(xù)的操作過程中，將工作臺(tái)高度進(jìn)進(jìn)行下降，在重復(fù)以上操作，就會(huì)對(duì)其進(jìn)行逐層的疊加，繼而完成整個(gè)模型制作.

在相關(guān)模型制作完成之后，要對(duì)其進(jìn)行硬化處理啊，避免其受到損壞，在其硬化之后在對(duì)其進(jìn)行打光、電鍍以及噴漆等相關(guān)操作，繼而提升整個(gè)模型的美觀度，在檢查無誤之后可以對(duì)其進(jìn)行包裝出售.

第二，模型薄材疊層成形技術(shù)模式

薄材疊層成形技術(shù)模式在實(shí)踐中與立體光刻技術(shù)手段有著一定的相似之處，都是通過激光進(jìn)行操作，但是第一種是根據(jù)激光對(duì)原料紙進(jìn)行一定的切割與粘合操作，而第二種則是通過激光技術(shù)對(duì)液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行固固化處理，這兩種技術(shù)最終的成品也是存在一定的區(qū)別的，第一種生產(chǎn)的是一種零件的模型，第二種生存的是一個(gè)整體模型.在實(shí)際的制造中，二者也是存在一定的相似之處，在操作過程中都是要通過逐層的疊加開展，整個(gè)制造流程中工作臺(tái)都是要進(jìn)行連續(xù)的下降操作.

在實(shí)際的操作過程中，此種模式的具體步驟流程如下：

首要，將單面涂滿熱熔膠的紙張利用加壓的形式進(jìn)行粘接，計(jì)算機(jī)利用CAD模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，控制激光對(duì)其進(jìn)行切割處理，將其制作為要切割的相關(guān)零部件的內(nèi)外輪廓的樣子.次要，加入新的一層紙然后在繼續(xù)重復(fù)以上操作.在整個(gè)制造的流程中，要提升對(duì)切割紙張的重視，在相關(guān)工作臺(tái)下降的過程中，紙張是是保持不動(dòng)的，對(duì)其提升對(duì)紙張的支撐以及固化操作的重視.

此種技術(shù)在實(shí)踐中具有成型速度相對(duì)較高，可以有效的節(jié)省時(shí)間，保證整體的生產(chǎn)與投資工作的有效開展；同時(shí)其整體的投資成本相對(duì)較低，在其制作過程中，即便是發(fā)生了操作失誤，也不會(huì)造成嚴(yán)重的投資損失，其整體質(zhì)量有著根本的保障.

第三，選區(qū)激光粉末燒結(jié)技術(shù)（SLS）

此種技術(shù)主要應(yīng)用是激光束，其工作原理就是逐層制造的原理.激光束在制造過程對(duì)一些工作臺(tái)上的相關(guān)金屬粉末以及非金屬粉末進(jìn)行有選擇的融合，在其燒結(jié)成型之后，就會(huì)形成一個(gè)模具截面.同樣的工作原理，在其上面在鋪設(shè)一層粉末，然后在通過激光束對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)，就會(huì)逐層的制造出一個(gè)三維實(shí)體.此種技術(shù)的有事就是可以直接的進(jìn)行粉末燒結(jié)，無需將粉末進(jìn)行融化成型，而是將其直接成型，此種技術(shù)在實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用范圍，絕大部分材質(zhì)都是可以應(yīng)用此種技術(shù)模式的.

第四，熔融沉積成形技術(shù)(FDM)

此種技術(shù)在加工過程中的主要原材料并不是一些金屬粉末，而是針對(duì)一些絲材開展的，此種絲材是需要融化之后才可以在進(jìn)行使用的，在操作中在噴頭中將其融化，然后在對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的相關(guān)加工操作.

第五，三維打印技術(shù)(TDF)

此種技術(shù)在實(shí)踐中無需通過激光技術(shù)開展，主要就是利用噴頭進(jìn)行相關(guān)液體材料的噴射，然后在形成一個(gè)三維實(shí)體.在操作中對(duì)于此種材質(zhì)有著一定的要求，要求其具有一定的可塑性，繼而保證其可以形成一個(gè)實(shí)體.此種技術(shù)在實(shí)踐中在進(jìn)行陶瓷的制作中作為常見.

2.2 快速成形模具制造

第一，直接制作相關(guān)金屬模具

在對(duì)于工期要求較為短暫且其整體數(shù)量要求相對(duì)較少的零件的制作過程中，最好的方式就是對(duì)其進(jìn)行直接制造.此種模式在操作中主要就是通過一些激光燒結(jié)的方式對(duì)其進(jìn)行型殼的鑄造，在實(shí)踐中首先要對(duì)一些形成型殼的模具進(jìn)行CAD圖形的制作，然后在制造一個(gè)型殼.

型殼自身的CAD圖形主要就是基于計(jì)算機(jī)的CAD軟件進(jìn)行制作月處理的，在通過對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充與完善，繼而形成一個(gè)型殼.型殼在出爐的過程中主要就是通過SLS燒結(jié)完成的，在將其粉末進(jìn)行清理之后就會(huì)得到一型殼.此種模式在實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)就是可以保證在短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)相對(duì)較為復(fù)雜的操作，可以說越復(fù)雜的零部件模型在制造中可以充分的凸顯其內(nèi)在的優(yōu)越性.

第二，間接制造金屬模具的方式

快速成形在實(shí)踐中也可以通過間接的形式進(jìn)行相關(guān)模具的制作.間接制作模具的方式就是通過硬模具的形式或者通過噴涂金屬的方式獲得相關(guān)模具的輪廓與形狀，也可以根據(jù)母模復(fù)制的形式獲得相關(guān)模具等.快速成型制作技術(shù)在操作中可以對(duì)原型的表面進(jìn)行相關(guān)處理，使其替代原來的木模，對(duì)其進(jìn)直接模具的制作，或者將原型過渡為石膏模型以及陶瓷模型，在澆筑出相關(guān)金屬模型.

第三，快速成型模具制造應(yīng)用

快速成型技術(shù)的制作模式在實(shí)際操作主要包含了直接操作模式與間接操作模式，在具體應(yīng)用中根據(jù)具體的情景有針對(duì)的進(jìn)行相關(guān)制造工藝的選擇，其制作的產(chǎn)品質(zhì)量是相同的.直接制作模式主要就是在一些激光燒結(jié)法的選擇中應(yīng)用，此種方法在制造出來的模具可以使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，但是在其燒結(jié)操作中，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)材料出現(xiàn)收縮的狀況，此種收縮狀況無法控制，因此導(dǎo)致其制作出來的模具缺乏精準(zhǔn)性，要對(duì)齊進(jìn)行反復(fù)的核實(shí)檢驗(yàn).間接制作方式就是在快速模具制作過程一種經(jīng)常使用的方式，主要因?yàn)楦鞣N因素的制約與影響，導(dǎo)致一些生存出來的模具無法取代原來的成品，對(duì)此要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的檢查.

在未來的發(fā)展中，軟質(zhì)模具作為一種快速成型模具具有一定的發(fā)展前景，其在實(shí)踐中因?yàn)槠鋺?yīng)用材質(zhì)具有一定的特殊性，與傳統(tǒng)的鋼制材料有著本質(zhì)的區(qū)別，其在整體上來說，其產(chǎn)品制造成本相對(duì)較低，周期相對(duì)較短，對(duì)此在相關(guān)新產(chǎn)品開發(fā)過程中可以在國防、航空等領(lǐng)域中應(yīng)用，其適合一些批量較小、種類繁多以及改型高速的模型制作中，現(xiàn)階段主要應(yīng)用的軟質(zhì)模具的制作模式主要就是硅橡膠澆筑、金屬噴涂方式、樹脂澆筑方式等.

雖然軟質(zhì)模具在應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其具體的使用范圍也受到了一定的制約，在進(jìn)行一些大規(guī)模的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，還是要應(yīng)用硬質(zhì)模具.硬質(zhì)模具就是鋼制磨具，現(xiàn)有對(duì)于鋼制模具的快速成型技術(shù)主要包含了熔模鑄造法、電火花加工法與陶瓷型精密鑄造法.

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，要根據(jù)具體的需求與相關(guān)生產(chǎn)的需求合理的進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)模具的選擇與制作，繼而提升整體的工作質(zhì)量與效率，保證其整體生產(chǎn)資金與成本投入的科學(xué)性，有效的提升整體的質(zhì)量.

3 結(jié)束語

在當(dāng)前的發(fā)展中，國際范圍內(nèi)的快速制造發(fā)展相對(duì)較為迅速，其整體的材料、工藝以及設(shè)備等都得到了有效的拓展，這也就意味著快速制造逐漸成為了一種全新的生產(chǎn)方式.快速制造應(yīng)用在相關(guān)制造模具上的操作技術(shù)應(yīng)用類型也逐漸的發(fā)展了起來，但是在整體的角度來說，快速制造的相關(guān)模具在質(zhì)量以及壽命上來說無法滿足大規(guī)模的生產(chǎn)需求，其在一些產(chǎn)品的試制以及小批量生產(chǎn)中有著應(yīng)用，但是相信在未來的發(fā)展中，此種技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用.

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2016-11-07