快速成型技術在模具制造領域的應用分析

陳昉 李智麗

摘 要：基于快速成型技術具有先進性、高柔度性和快速性的特點，且集計算機技術、激光技術、材料科學、數(shù)控技術及其精密機械為一體，因此目前在模具制造領域得到了廣泛的應用。下面我們將介紹快速成型技術的特點，并分析快速模具制造技術，同時提出在汽車與航空航天工業(yè)領域快速成型制模技術的應用。

關鍵詞：快速成型技術；模具制造；應用

目前全球均處于快速工業(yè)化生產時代，為了促進生產效率的提升，就必須借助模具制造。但是隨著市場的不斷變化與消費者需求的增多，使得當下不得不加快產品更新，進而就必須加快產品研發(fā)，基于此，引進快速成型技術則具有重要的意義。

一、快速成型技術的相關特點分析

對快速成型技術的特點進行歸納匯總，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

一是速度快，即從規(guī)劃到生產的時間短，對新品的管理域開發(fā)相當適用；

二是柔性高，即改變CAD模型并對設置參數(shù)重新調整，便可將不同形狀的模型生產；

三是選材廣，除了塑料樹脂類之外，還可以選擇陶瓷材料、金屬、復合材料、紙類與石蠟類材料進行制模；

四是設計制造一體化且高度技術集成，包括了機械控制、材料控制、激光、計算機、計算機技術、綜合數(shù)據(jù)、數(shù)控技術等；

五是自由成形制造，即零件形狀無特殊限制和不受復雜零件形狀限制；

六是加工制造快速，將新品研制周期與成本大大縮減，同時加工具有自動化、浪費少、噪聲小及其振動小的特點；

七是原型的互換性及其復制性高；

八是產品的復雜程度不影響加工成本和周期；

九是制造原型的形狀不影響制造工藝。

二、模具制造中快速成型技術的應用

一般涉及間接制模和直接制模兩種模具制造方法，而要想實現(xiàn)快速制模，就必須保證快速原型具有較高的尺寸精度，然而受成型工藝及其材質等因素的影響，使得直接制模法較為少用。目前在產品生產中應用較多的快速成型制模技術主要包括了以下幾種：

一是電弧噴涂快速制模，即依據(jù)原型模樣充分霧化熔化的金屬，之后將其向樣模表面噴射，且控制一定的速度，促進模具型腔表面的形成，之后將復合材料背襯充填，支撐選擇的材料為硅橡膠或環(huán)氧樹脂，分離殼與原型，將精密模具獲得，再將冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)等加入，與模架一同制作注射模具。該手段具有周期短、工藝簡單、模具尺寸精度高的特點。

二是硅膠-陶瓷型橡膠模制模，即將精密陶瓷型通過涂層轉移獲得，并將黑色金屬或鑄鋁澆鑄。通常快速精密鑄造的方式較多，主要是通過立體光刻工藝將零件膜具半中空原型獲得，之后掛漿于原型外表面，將一定粒度與厚度的陶瓷層獲得，并在原型外面緊緊包裹，之后再將其置入高溫爐將半中空原型燒掉，并將中空的陶瓷型殼獲得。將該方法在精密鑄造中應用，還有以機加工的形式對澆鑄后的金屬模做處理，使其尺寸精度與表面質量符合相關要求。該手段將鑄造原型的精度大大提高，同時也將制造速度加快。

三是硅橡膠制模，該快速模具制造法的應用具有廣泛性，受硅橡膠模彈性好、柔性好等因素的影響，使得在制造深凹槽類、花紋精細、結構復雜零件的時候該手段得到了廣泛應用，并且還具有制件質量高與制作周期短的特點。受零件尺寸、形狀的影響，在硅橡膠模具強度要求上具有顯著差異，因此制模方法也隨之發(fā)生轉變。通常情況下，硅橡膠模具具有收縮率、強度極低、仿真性好的特點，因此多用于彈性模具的制造，并且不受溫度、設備及其特殊技術的制約。除此之外，硅橡膠模具還能夠接受粗劣操作和重復使用，使批量生產產品和制件原型的精密公差得以保持，并將形狀復雜的零件直接加工，在工序上免去了打磨和銑削，且容易脫模，將產品試制周期縮短，并且也方便進行模具修改。最后基于該材料的彈性優(yōu)勢，使得在凸凹部分澆注成型后也能夠輕松取出。

四是樹脂型復合模具制模，該手段的基體材料是有機或無機復合材料與液態(tài)環(huán)氧樹脂，之后依據(jù)原型進行模具澆注。在工藝流程上包括了原型制作、處理表面、設計表面、模框制作、分型面設計、刷脫模劑于原型分型面和表面、膠衣樹脂、凹模澆注。在以上步驟完成后將其倒置，并將脫模劑和膠衣樹脂均勻涂于原型分型面及表面，之后將模具分開。將模具于常溫下澆注，基本固化定型僅需1～2天，之后分模處理。

三、汽車與航空航天工業(yè)領域快速成型制模技術的應用

1）汽車工業(yè)中的應用。將該技術用于汽車制造業(yè)能夠滿足表面質量高、形狀復雜、尺寸大、材料薄的要求，同時獲得模具具有經濟耐用、表面質量好、模具精度高的特點，除此之外還能夠進行批量生產，目前主要應用汽車內部部件的制作，如氣缸蓋或者是發(fā)動機等。

2）航空航天工業(yè)中的應用。制造火箭發(fā)動機泵樣機零部件的時候采用快速成型制模技術要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的硬加工法，無論是在制造成本還是制造時間上都要明顯占優(yōu)勢，相關數(shù)據(jù)調查顯示，采用快速成型制模技術制模的成本僅為傳統(tǒng)手段的1/4，而試驗全期也有小縮減1/3。

四、結語

通過以上探討我們了解到在新產品開發(fā)中模具開發(fā)周期起到了嚴重影響作用，因此要想將新產品的開發(fā)成本降低，開發(fā)周期縮短，就必須將模具的成本有效控制并降低，因此就必須充分借助快速成型技術進行制模，并且在充分考慮模具原型材料的基礎上將電弧噴涂快速制模、硅膠-陶瓷型橡膠模制模、硅橡膠制模及其樹脂型復合模具制模手段合理的選擇應用。

參考文獻：

[1] 閆玉蕾.快速成型技術在模具設計與制造中的應用[J].職教研究，2014，01：58-62.

[2] 王愛陽.快速成型技術在塑料模具制造中的應用[J].塑料科技，2015，05：95-99.

[3] 成麗霞.反求與快速成型技術在模具制造中的應用[J].石河子科技，2010，05：35-37.

作者簡介：

陳昉（1982-），男，湖北宜昌人，講師，研究方向：模具設計與制造；李智麗（1984-），女，青海海西人，三峽大學機械工程碩士，講師，助理工程師，湖北三峽職業(yè)技術學院教師，模具設計與制造專業(yè)負責人，研究方向：機械工程技術、 控制技術、模具設計與制造。