快速成型技术在模具制造业的应用

古 丽，陈 晔，马 超

天津大学仁爱学院

快速成型技术在模具制造业的应用

古 丽，陈 晔，马 超

天津大学仁爱学院

自20世纪90年代以来，模具制造业正经历着一场技术革命，即从传统的制造方法向快速模具制造方法转变的革命。快速模具制造技术最大的特点是可在短期内制造出产品的模型或样品，大幅降低成本，同时不受模型的几何形状的限制，对模具制造业的发展起了非常重要的推动作用。本文重点论述了快速成型技术的分类、特点及其在模具制造业的应用。

快速成型；模具；计算机辅助制造

自20世纪90年代以来，许多国家都在不断推陈出新研究先进的制造技术以提高本国的制造水平。美国在1984年开发了世界上第一台快速成型装置来生产产品，该技术很快得到了发展。快速成型技术将计算机控制、材料科学、激光技术等先进制造技术进行集成，将计算机中模型的三维信息通过快速成型系统呈现在产品模型或样品上，实现产品模型或样品的快速制造。快速成型制造技术因其巨大的优势在多个领域得到了快速发展，在模具制造领域也得到了广泛的应用。

一、快速成型技术简介

快速成型制造是基于离散堆积的原理进行累加式成型地。该技术将零件的CAD模型表面化处理后存储成STL格式文件，按一定厚度对其进行分层处理，得到二维平面轮廓信息。再将这些信息生成加工路径代码，在计算机的控制下，选择性地固化或烧结或切割一层层材料形成各层平面轮廓，累积叠加形成三维实体，最后进行处理生成原型。快速成型技术主要包括：光固化快速成型技术（简称SLA）；2.叠层实体制造技术（简称LOM）；选择性激光烧结技术（简称SLS）；熔融沉积制造法（简称FDM）；三维打印快速成型工艺（简称3DP）。

快速成型技术主要有以下优点：可以自由成型制造；制造过程快速；添加式和数字化驱动成型方法；技术高度集成；突出的经济效益；广泛的应用领域。

二、快速模具制造技术

快速原型制造技术由于原材料使用范围较窄,制作的模型还不能成为最终产品。但随着其技术的不断发展和模具制造业对快速制模需求的增加，快速成型技术正向模具制造方向发展，即形成了快速模具制造技术，如SLA、LOM、SLS、FDM、3DP、BPM等十几种基于不同成形工艺的RPM技术已得到飞速发展。

将快速成型技术引入模具的开发与制造，利用快速原型为母模翻制模具进行生产产品的技术，称为快速模具制造技术（Rapid Tooling，RT）。RT技术最突出的优点是降低了生产成本。与传统模具加工方法相比，周期及费用都降低1/10~1/3左右。目前快速模具制造技术应用较多的是间接制模法。间接制模法根据模具材质的不同制作的模具又分为软质模具和硬质模具两大类。

1、软质模具

使用软质材料（如硅橡胶、环氧树脂等）制造的模具即为软质模具。其成本低、周期短，因而在新产品开发时的功能检测和市场试运行，及国防等领域的单件生产方面受到高度重视。软质模具适合于批量小、种类多的产品生产。

目前软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注法、树脂浇注法、金属喷涂法、电铸法等。

（1）硅橡胶浇注法该法以RPM为母模，采用硫化的有机硅橡胶浇注制作模具。该法对于结构复杂、无拔模斜度制件的制作质量很高，制作周期短，但仅适用于单件或小批量制品的生产。

（2）环氧树脂浇注法该法将准备好的浇注原料注入型腔中使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而制得模具。当生产批量较大时适用此类方法，该法适合于注塑模、吸塑模等模具的制模。

（3）金属喷涂法该法工艺非常简单，先制作基体的快速原型，再把低熔点合金或金属喷涂到原型上形成薄壳，最后填充复合材料做背衬得到模具。该法模具成本低、周期短，特别适于小批量、多品种制品的生产。

2、硬质模具

软质模具适合于数量为50~5000件制品的生产，对于大批量制件的生产，仍需硬质模具（即钢质模具）。利用RP原型制作硬质模具的方法主要有Keltool方法、NCC Tooling方法、熔模铸造法、电脉冲加工法、陶瓷型精密铸造法等。

（1）Keltool方法Keltool方法工艺路线为：利用SLA方法制作原型—制作硅橡胶过渡模—浇注混有塑料粘结剂的金属粉末—加热烧结形成高密度模坯—渗铜—打磨抛光得到模具。模具型腔表面硬度可达到45～50HRC。该法制模周期较长，材料价格较贵，运作成本高，工艺较复杂。该法适合生产低精度的模具，其尺寸精度为250±0.04mm。

（2）NCC Tooling方法该工艺是利用SLA方法制得的模型作为母型，在母型上用电镀的方法形成1～5mm厚的镍壳，再在镍层上化学粘接陶瓷作背衬，最后去除母型得到模具。该法适用于批量生产，制件的精度与SLA工艺制件的精度同等级，可用于注塑模的制造。

（3）熔模精密铸造法该法是利用RP原型或其翻制的软质模具制作蜡模，再利用熔模精铸工艺制作钢质模具。熔模精密铸造法的特点是几乎所有的RP原型都可作为母模，该法可批量生产钢质模具。

三、结论

以RP＆M原型作母模来翻制模具的快速模具制造技术，可快速形成高效、低成本、质优的批量生产，对于企业开发研制新产品的投资风险有了很大的保障，是目前国内模具制造业进行快速设计，快速实现规模化生产的主要手段。RP＆M有力的支持了同步工程的实施，为模具制造企业的发展带来不可估计的收益。

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古丽（1986-），女，天津大学仁爱学院机械工程系，讲师。