基于快速成型的手機殼硅膠模具制作

吳根富

【摘 要】模具是現代工業生產中重要的工藝裝備之一，本文基于RP原型的制造技術，介紹了快速成型和硅棣膠模技術及手機外殼硅膠模具的制作流程，對其中的關鍵工序進行了分析，對快速制造塑料件方法的優缺點進行了闡述。

【關鍵詞】硅膠模具；速成型；制造流程；塑料件

0 前言

硅膠模具制造是一種比較普及的快速模具制造方法。由于硅膠模具具有良好的柔性和彈性，能制造結構復雜、花紋精細、無拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，因制造周期短，制件質量高而備受關注。目前用硅橡膠制造的彈性模具已用于代替金屬模具生產蠟模、石膏模、陶瓷模、塑料件，及低熔點合金如鉛、鋅以及鉛合金零件，并在輕工、塑料、食品和仿古青銅器等行業的應用不斷擴大，對產品的更新換代起到不可估量的作用，利用硅橡膠制造模具可以更好地發揮原型快速制模技術的優勢。

1 基RP原型的硅橡膠模具制造工藝

由于RP（Rapid Prototyping）技術生產出來的原型材料與硅橡膠不發生反應，制造過程中沒有經過變形，也不會產生褶皺，能夠生產出與精密塑件一樣的表面質量。利用RP原型制造硅橡膠軟模的工藝流程為RP原型、型框制作、硅膠計量、真空脫泡、注入硅膠、硬化完成、取出母模、刀剖開模。

對于批量不大的塑件生產，可以采用RP原型快速翻制的硅膠模具通過樹脂材料的真空注型來實現，這樣，能夠顯著縮短產品的制造時間，降低成本，提高效率。對于沒有細筋、小孔的一般零件，采用硅膠模具澆注樹脂件可制造制品達到50件以上。

采用硅膠模具進行樹脂材料，真空注型的工藝流程為清理膠模、噴脫模劑、組合模具、樹脂計量、脫泡混合、硬化、取制件、完成。

1）清理硅膠模，預熱模具。在進行樹脂件澆注之前應進行必要的清理工作，例如，清除溝槽內的殘留物，檢查排氣孔是否堵塞等。

2）噴灑離型劑，組合硅膠模具。為了便于注型件從模具中取出，需要在模具型腔表面噴灑離型劑，特別要注意噴灑深溝槽、深孔等難以脫模處。噴灑完離型劑后，就可以將硅膠模組合起來。不過，對于透明材料的制件，不宜噴灑離型劑。

3）計量樹脂。樹脂的重量通常根據原型的重量進行估算并根據澆注過程中材料的盈余進行調整。根據規定的樹脂和硬化劑的配比即可算出所需樹脂和硬化劑各自的重量。

4）脫泡混合，真空注型。為了提高制件的致密程度和充填能力，需要將注塑環境抽真空，一方面，除去樹脂和硬化劑中溶解的空氣，另一方面，也抽去模具型腔中的空氣。

5）溫室硬化，取出制件。將澆注完的模具從真空機中取出，放入恒溫箱中進行硬化，硬化時間根據制件的大小和樹脂類型的而定。待樹脂制件在指定的溫度和時間條件下完成固化后，便可以將其開模取出。

6）制件后處理。制件完成后，還需要進行必要的后處理工作才能交付使用，如除去澆道、打磨、拋光、噴漆等。

2 利用快速成型技術制作硅膠原型

手機上蓋的三維造型如圖1所示，三維模型確定后，用Proe-4.0將三維造型圖分別保存為STL格式文件輸出給RP系統，用分層實體制造（LOM）技術直接制作出產品的原型。用快速成型制成的手機上蓋原件如圖2所示。RP法制造的原型在其疊層斷面之間一般存在臺階紋或縫隙，對原型經過表面后處理（包括打磨、防滲和強化處理等手段）以降低原型的表面粗糙度，提高原型的抗濕性、抗熱性、尺寸穩定性和表面光潔度，這樣就可作為硅橡膠模具的母樣了。

2.1 制作硅膠模具

利用定型樣件制作硅橡膠模的過程如下：

1）徹底清潔定型樣件，即快速原型零件；

2）用薄的透明膠帶建立分模線；

3）利用彩色、清潔膠紙將定型樣件邊緣圍上，以作后期分模用；

4）利用薄板圍框，把定型樣件固定在圍框內，必要時加注一些通風桿；

5）計算硅橡膠、固化劑用量，稱重，混合后放入真空注塑機中抽真空，并保持真空10min；

6）將抽真空后的硅橡膠倒人構建的圍框內，然后將其放人壓力罐內，在0.4-0.6MPa壓力下，保持15-30min以排除混人其中的空氣；

7）取出后，送人固化爐，在60℃下固化8-10h；

8）待完全固化后，拆除圍框，按分模邊界切開硅橡膠；

9）取走完全外露的定型樣件，得到硅橡膠模。

2.2 真空注塑

硅橡膠模制作完成后，就可以采用反應成型方法進行真空注塑，對定型樣件進行復制，得到小批量的塑料件，其過程如下：

1）將硅橡膠模以膠帶捆緊，并做一個澆口；

2）將硅橡膠模置于操作平臺上；

3）根據零件的大小計算并稱量成型材料，并將其A、B兩組分分別放人兩容器中；

4）將容器A及B置于真空注塑機上方而硅橡膠模置于下方，關門抽真空，并保持10min；

5）將A、B兩容器中的組分混合，攪拌后沿澆口注人硅橡膠模，并立即開啟阿門加壓至0.1MPa，借助此壓力使反應物料充滿硅橡膠模；

6）放人固化爐中固化1-2h后，打開硅橡膠模得到塑料件；

7）重復1-6的步驟，得到所需數量的塑料件。

2.3 硅膠模具制造方法分析

1）基于快速成形技術制造硅膠模具方法制造塑件具有成本低、周期短的特點，其制造周期一般為傳統數控切削方法的1/5-1/10，而成本僅為1/3-1/5，比較適合于產品試制和小批量生產。

2）除用RP原型零件快速復制塑件外，還可以用石膏、石墨、樹脂、陶瓷、木材、金屬等制造樣件，也可以直接采用產品作樣件，用該方法同樣可以快速得到塑件。

3）利用硅橡膠制造模具，可以更好地發揮RP技術的優勢。由于快速原型樣件制造成本高、機械性能差、耐溫性低，使其直接利用受到了限制，利用快速原型零件制造硅橡膠模再復制出塑件，正好能夠克服這些缺點。這種方法也存在一些問題，如硅橡膠模具強度低，硅橡膠在長期加熱后產生收縮現象等，這些問題有待今后在實踐中進一步完善解決。

3 結束語

用RP快速原型和硅橡膠模具技術相結合快速制造塑件，特別適合于多品種、小批量生產，該技術工藝簡單，成本低，是一種很有發展前途的新的制造塑件方法。

【參考文獻】

[1]王廣春，趙國群.快速成型與快速模具制造技術及其應用[M].北京：機械工業出版，2003.

[2]王春華.基于光固化原型的硅橡膠制模技術[J].模具技術，2010（6）：35-39.

[責任編輯：王楠]