快速成型技术在模具制造领域的应用分析

陈昉 李智丽

摘 要：基于快速成型技术具有先进性、高柔度性和快速性的特点，且集计算机技术、激光技术、材料科学、数控技术及其精密机械为一体，因此目前在模具制造领域得到了广泛的应用。下面我们将介绍快速成型技术的特点，并分析快速模具制造技术，同时提出在汽车与航空航天工业领域快速成型制模技术的应用。

关键词：快速成型技术；模具制造；应用

目前全球均处于快速工业化生产时代，为了促进生产效率的提升，就必须借助模具制造。但是随着市场的不断变化与消费者需求的增多，使得当下不得不加快产品更新，进而就必须加快产品研发，基于此，引进快速成型技术则具有重要的意义。

一、快速成型技术的相关特点分析

对快速成型技术的特点进行归纳汇总，主要表现为以下几个方面：

一是速度快，即从规划到生产的时间短，对新品的管理域开发相当适用；

二是柔性高，即改变CAD模型并对设置参数重新调整，便可将不同形状的模型生产；

三是选材广，除了塑料树脂类之外，还可以选择陶瓷材料、金属、复合材料、纸类与石蜡类材料进行制模；

四是设计制造一体化且高度技术集成，包括了机械控制、材料控制、激光、计算机、计算机技术、综合数据、数控技术等；

五是自由成形制造，即零件形状无特殊限制和不受复杂零件形状限制；

六是加工制造快速，将新品研制周期与成本大大缩减，同时加工具有自动化、浪费少、噪声小及其振动小的特点；

七是原型的互换性及其复制性高；

八是产品的复杂程度不影响加工成本和周期；

九是制造原型的形状不影响制造工艺。

二、模具制造中快速成型技术的应用

一般涉及间接制模和直接制模两种模具制造方法，而要想实现快速制模，就必须保证快速原型具有较高的尺寸精度，然而受成型工艺及其材质等因素的影响，使得直接制模法较为少用。目前在产品生产中应用较多的快速成型制模技术主要包括了以下几种：

一是电弧喷涂快速制模，即依据原型模样充分雾化熔化的金属，之后将其向样模表面喷射，且控制一定的速度，促进模具型腔表面的形成，之后将复合材料背衬充填，支撑选择的材料为硅橡胶或环氧树脂，分离壳与原型，将精密模具获得，再将冷却系统和浇注系统等加入，与模架一同制作注射模具。该手段具有周期短、工艺简单、模具尺寸精度高的特点。

二是硅胶-陶瓷型橡胶模制模，即将精密陶瓷型通过涂层转移获得，并将黑色金属或铸铝浇铸。通常快速精密铸造的方式较多，主要是通过立体光刻工艺将零件膜具半中空原型获得，之后挂浆于原型外表面，将一定粒度与厚度的陶瓷层获得，并在原型外面紧紧包裹，之后再将其置入高温炉将半中空原型烧掉，并将中空的陶瓷型壳获得。将该方法在精密铸造中应用，还有以机加工的形式对浇铸后的金属模做处理，使其尺寸精度与表面质量符合相关要求。该手段将铸造原型的精度大大提高，同时也将制造速度加快。

三是硅橡胶制模，该快速模具制造法的应用具有广泛性，受硅橡胶模弹性好、柔性好等因素的影响，使得在制造深凹槽类、花纹精细、结构复杂零件的时候该手段得到了广泛应用，并且还具有制件质量高与制作周期短的特点。受零件尺寸、形状的影响，在硅橡胶模具强度要求上具有显著差异，因此制模方法也随之发生转变。通常情况下，硅橡胶模具具有收缩率、强度极低、仿真性好的特点，因此多用于弹性模具的制造，并且不受温度、设备及其特殊技术的制约。除此之外，硅橡胶模具还能够接受粗劣操作和重复使用，使批量生产产品和制件原型的精密公差得以保持，并将形状复杂的零件直接加工，在工序上免去了打磨和铣削，且容易脱模，将产品试制周期缩短，并且也方便进行模具修改。最后基于该材料的弹性优势，使得在凸凹部分浇注成型后也能够轻松取出。

四是树脂型复合模具制模，该手段的基体材料是有机或无机复合材料与液态环氧树脂，之后依据原型进行模具浇注。在工艺流程上包括了原型制作、处理表面、设计表面、模框制作、分型面设计、刷脱模剂于原型分型面和表面、胶衣树脂、凹模浇注。在以上步骤完成后将其倒置，并将脱模剂和胶衣树脂均匀涂于原型分型面及表面，之后将模具分开。将模具于常温下浇注，基本固化定型仅需1～2天，之后分模处理。

三、汽车与航空航天工业领域快速成型制模技术的应用

1）汽车工业中的应用。将该技术用于汽车制造业能够满足表面质量高、形状复杂、尺寸大、材料薄的要求，同时获得模具具有经济耐用、表面质量好、模具精度高的特点，除此之外还能够进行批量生产，目前主要应用汽车内部部件的制作，如气缸盖或者是发动机等。

2）航空航天工业中的应用。制造火箭发动机泵样机零部件的时候采用快速成型制模技术要显著优于传统的硬加工法，无论是在制造成本还是制造时间上都要明显占优势，相关数据调查显示，采用快速成型制模技术制模的成本仅为传统手段的1/4，而试验全期也有小缩减1/3。

四、结语

通过以上探讨我们了解到在新产品开发中模具开发周期起到了严重影响作用，因此要想将新产品的开发成本降低，开发周期缩短，就必须将模具的成本有效控制并降低，因此就必须充分借助快速成型技术进行制模，并且在充分考虑模具原型材料的基础上将电弧喷涂快速制模、硅胶-陶瓷型橡胶模制模、硅橡胶制模及其树脂型复合模具制模手段合理的选择应用。

参考文献：

[1] 闫玉蕾.快速成型技术在模具设计与制造中的应用[J].职教研究，2014，01：58-62.

[2] 王爱阳.快速成型技术在塑料模具制造中的应用[J].塑料科技，2015，05：95-99.

[3] 成丽霞.反求与快速成型技术在模具制造中的应用[J].石河子科技，2010，05：35-37.

作者简介：

陈昉（1982-），男，湖北宜昌人，讲师，研究方向：模具设计与制造；李智丽（1984-），女，青海海西人，三峡大学机械工程硕士，讲师，助理工程师，湖北三峡职业技术学院教师，模具设计与制造专业负责人，研究方向：机械工程技术、 控制技术、模具设计与制造。