試析快速成型技術在模具制造領域的應用

劉圣敏

【摘 要】上個世紀八十年代后期，材料科學、精密激光技術、計算機輔助、機械制造及自動化領域快速發展并逐步走向成熟，在此基礎之上綜合各領域先進技術而發展出一種新型制造技術，即快速成型技術。由于結合了很多領域的先進成果，這種新型成型技術具有諸多優點，因而受到了廣泛的認可和應用。在快速成型技術中，快速模具制造技術是其能夠快速成型并制造出高質量產品的關鍵，也是目前制造成型領域研究的重要部分。本文就這種新型快速成型技術的特點和原理作了詳細介紹，并對其應用以及未來發展方向作了簡要分析。

【關鍵詞】快速成型技術；模具制造；快速工模具

社會不斷向前發展的本質其實是新的事物不斷出現并取代舊的事物的過程，由于新事物具有新的優點能夠適應新社會的要求，因此在其與舊事物的競爭當中能夠占據優勢，舊事物便逐漸被時代所淘汰。經濟的發展也是一樣，在現如今市場競爭越來越激烈，產品的競爭已經不會僅僅局限在單個領域，越來越多的產品是多學科多領域交叉應用的結果。因此，現在的企業家們要想提高自己的產品在市場中的競爭優勢，就必須提高自身產品的質量和性能。而要想提高產品質量，就必須將此產品涉及到的領域的先進成果應用于其中，這樣才能提高產品生產效率、縮短產品生產周期以及降低產品的制造成本。21世紀的科技發展離不開制造業的基礎背景，只有制造水平的提高才能真正促進工業體系的發展。而新型的快速成型技術應用到快速模具制造當中，可以提高模具制造的質量和效率，具有天然的優勢。

1 快速成型

1.1 快速成型技術

快速成型技術，簡稱RPM。這是一種綜合了材料科學、精密激光技術、計算機輔助、機械制造及自動化等領域最新成果的先進制造技術。快速成型技術的原理用到了計算機三維CAD成型建模，然后用快速成型機制造出其基本模型。

1.2 快速成型技術特點

快速成型技術基本原理的特殊之處在于其基本模型的構建過程。在基本模型構建完成后，將模型三維數據傳輸到快速成型機中，成型機便會根據接收到的數據自動將材料堆積到一起，行程一個連續層，然后多個連續層堆疊起來形成三維實體。

1.2.1 快速性

由于這種新型的快速成型技術，其建模過程由計算機完成，建模后的制造過程由成型機自動完成，所有過程高度自動化。因此，快速成型技術在制造產品的過程中效率極高。

1.2.2 設計制造一體化

相比于傳統的機械制造過程，這種新型快速成型技術無論在設計階段還是制造階段，都是由計算機或者智能制造機完成，整個過程銜接性好，是一個不可分割的一體化過程。

1.2.3 自由成形制造

自由成型制造的特殊之處在于，不會像傳統制造過程一樣受到特殊制造工具的制約，也不會因為零件形狀的復雜而讓制造過程變得繁瑣甚至效率低下。

1.2.4 高度柔性

由于這種新型的成型技術基于計算機CAD三維成型，因此只要改變相應參數就能構建新的模型，隨即投入生產即可。

1.2.5 材料的廣泛性

快速成型技術在生產過程中可以加工多種材料，例如金屬材料、塑料樹脂等非金屬材料、復合材料以及陶瓷材料等。

1.2.6 技術的高度集成

快速成型技術的發展得益于現如今計算機技術、數控技術、激光材料等的發展，只有這些相應領域高新技術的支持才能使快速成型技術擁有如此高的集成度。

1.2.7 加工特點

相比傳統制造加工方法，新型快速成型技術擁有以下諸多優點：

快速成型技術在制造擁有復雜結構和表面的零件時尤其能顯現出其優勢，制造產品所需準備時間短，制造過程快速高效，產品生產周期短和生產成本低；

新型成型技術采用材料堆疊技術，沒有傳統機械加工的工具投入和消耗；

新型成型技術在加工過程中產生的噪聲小、污染小；

新型成型技術采用機電一體化技術，可以實現無人加工；

新型成型技術的加工效率比傳統機械加工的效率高。

2 快速制造模具

2.1 快速模具制造技術

快速模具成型技術是快速成型技術的核心。模具根據材料的種類不同可以分為軟質模具和硬質模具兩類。

2.1.1 軟質模具

現有的軟質模具制造方法很多，例如硅橡膠澆注法、電鑄法、金屬噴除法、樹脂澆注法等。

1）硅橡膠澆注法

硅橡膠模具制造法采用橡膠材料制造模具，橡膠材料本身具有很好的彈性和柔韌性，在制作復雜結構和表面時能夠充分發揮其優勢。

2）樹脂澆注法

硅橡膠模具只能適用于少數產品制作，隨著產品數量的增多，這種方法便不能適用。此時，樹脂澆注法就能發揮其特性完成大批量生產的重任。樹脂澆注法是采用液態環氧樹脂澆注在模具內成型的方法。

3）金屬噴涂法

金屬噴涂法是將低熔點的金屬熔化成液體，并將其噴涂在模具板上形成所需產品的金屬外殼。金屬噴涂法在生產產品時工藝方法簡單，生產產品效率高，所需生產周期較短，成型表面質量好，表面耐磨性好。

4）電鑄制模法

電鑄制模法采用電化學原理，利用電解池內陰陽極的不同特性，可以實現將電解液中的金屬元素電解沉積到固定位置，從而形成我們所需要的表面。

2.1.2 硬質模具

硬質模具是傳統的模具。雖然新型軟質模具來勢洶洶，但是硬質模具在一些特定的產品制作過程中仍具有不可取代的地位。

1）電火花加工法

電火花加工時利用高壓電極尖端放電，在極小的位置產生高壓電流將金屬熔化或氣化，從而達到成型目的。

2）熔模精密鑄造法

熔模精密鑄造法用于鋼模大批量生產。熔模精密鑄造具有制造模具穩定性能好、制造模具產品質量好等優點。

3）陶瓷型精密鑄造法

陶瓷型精密鑄造法適用于小批量或單件生產。由于陶瓷材料硬度高、耐磨性好，其設備精密程度高，因此在特殊設計某些產品時可以充分發揮其優勢。

2.2 快速成型制模技術的應用

2.2.1 在汽車工業中

在汽車工業產品中，汽車外殼及其他很多零件都需要較好的表面質量和較高的精度。同時，由于傳統的制造加工方法多數采用人工加工或簡單機械加工，其加工效率低，加工精度也不高。因此，新型的快速成型方法可以在汽車零部件制造中充分發揮其高精度、高質量、自動化的優點，為汽車工業的發展提供助力。

2.2.2 在航空航天工業中

如果要鑒別一個國家的尖端科技水平高低，只要看其航空航天工業的水平就可以知道。傳統的機械加工方法，可以勝任普通民用產品的需求，但在航空航天這個超精尖技術領域，傳統機械加工方法根本無法滿足要求。新型快速成型技術通過快速模具制造，可以實現高質量精密模具的制造，也能實現標準模具的制造，從而為精密零件的批量生產提供優質模具。同時，新型成型技術由于采用計算機一體化加工技術，加工效率高，生產產品周期短，為航空航天科研節省大量時間成本。

3 結束語

新型快速成型技術所具有的天然優勢，已經使其成為諸多工業領域追求的目標，這也使得快速成型技術在未來的實體工業發展中勢必會逐漸占有更大的比重，未來的快速成型技術也必定會向智能化方向發展。快速成型技術的理論和工業實踐都表明，快速模具制造所帶領的快速成型技術體系必定會成為未來工業的核心支柱。

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