快速成型技術在模具制造中的應用

王崢

>摘要：

快速成型技術（RP）作為一種正在成熟的先進制造技術，已成功的實現了快速原型制造，正向快速制造方向迅速發展。研究和了解快速成型技術在快速制模方向的應用，找出一些需要解決的問題。

一、RP技術概論

當今時代，制造業市場需求不斷向多樣化、高質量、高性能、低成本、高科技的方向發展，快速地將多樣化、性能好的產品推向市場成為了制造業廠商把握市場先機的關鍵。快速成型技術（RP）正是在這種時代的需求下應運而生的。它是由三維CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維實體的總稱。它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果，是先進制造技術的重要組成部分。

二、RP技術的模具制作方法

傳統的模具制造方法可分為兩種，一種是借助母模翻制模具，另一種就是用數控機床直接制造模具，將快速成型技術引入模具制造過程后的模具開發制造就是快速模具制造。快速成型技術在模具制造領域的應用主要是用來制作模具設計制造過程中所用的母模，有時也用快速成型技術直接制造模具。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。一般的工藝流程為：先在基底上鋪上一層粉末，壓輥壓實后，用激光有選擇的燒結一個層面。然后新的一層粉末通達鋪粉裝置鋪在上面，進行下一層燒結，反復進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DTM公司的RapidTool工藝；另一種是德國EOS公司的DirectTool工藝。

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

光固化法制作注射成型模具。以環氧樹脂基的光敏樹脂為原料在SL設備上成型的方法。它用密集激光束過量掃描待成型表面，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，也達到了非常好的效果，可用于注射多種熱塑性的塑料，壽命達200件，價格適中，制作時間一般在2星期左右。

（二）間接制模法硅膠模。

硅膠模應用非常廣泛，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，價格非常便宜等優點，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。

環氧樹脂模具。環氧樹脂的導熱性極差，用純環氧樹脂制作的模具進行注塑成型時的熱量難以散出，解決的辦法就是制作環氧樹脂的模具特征表面，背后充填導熱性好的材料。這樣制作的模具具有很好的抗壓強度，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，壽命達數千件。

表面噴涂金屬的模具。此種模具用于注射成型的壽命可達2500件左右。研究成果表明，若在母模表面噴涂鎳可進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間內就可制作完成。注意這類模具的使用溫度不能超過300℃。

三、RP的快速模具制造需解決的問題

利用RP技術發展快速模具制造技術還存在以下主要問題需要解決或者說需要進一步提高。

①表面質量如何滿足模具的要求，否則無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，尺寸更不穩定。③用作母模時的強度，耐熱和耐腐蝕性，形狀和尺寸的時效問題。④塑料或樹脂類模具的導熱性很差，導熱差雖然帶來了可用較低注射壓力的好處，但生產周期太長也必須考慮。⑤多數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500℃就不行了。⑥使用壽命的進一步延長和使用成本的進一步降低。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節特征的模具，尤其是具有內凹形狀的模具。⑨目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限，需要開發新型材料。

四、結語

快速成型技術的應用已從原型制造發展到模具制造，使傳統的模具制造技術煥發出新的活力，同時快速成型技術在快速模具制造領域的成功應用無疑會給快速成型技術的進一步發展注入新的生命力。需要注意的是：

（一）隨著快速成型技術的進一步發展，它在小批量生產和單體復制領域還是大有可為的。

（二）快速成型技術對模具制造的貢獻，雖然現階段制作的快速模具質量和壽命還不太盡人意，實踐證明仍然可以應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會在短期內有很大突破。

【參考文獻】

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[2]鄧明，彭成允.RP技術在模具制造中的應用[J].鍛壓技術，1999（06）

[3]焦向東，鄧雙成，張沛.基于快速成型原理的模具制造技術[J].石汕化工高等學校學報，2002（01）

【作者單位：新鄉職業技術學院】