試論快速成型技術在塑料模具制造中的應用

梁士科

（廣西五一管業股份有限公司，廣西 梧州 543000）

傳統的塑料模具生產方式已經與當前的市場要求間存在較大偏差，不能滿足當前市場上對塑料模具的要求，而快速成型技術除了能夠縮短塑料模具的制造周期，還能夠在很大程度上提升模具的質量，從而使模具制造企業能夠充分以市場為導向進行良性發展。另外隨著軟件行業的深度發展，快速成型技術在今后的發展中將會對行業提供更好的引導。

1 快速成型技術概述

快速成型技術在塑料模具制造過程中與傳統的制造流程和工藝有很大區別，傳統制造工藝從圖紙繪制到做出成品通常需要耗費很長時間，這會讓企業在運行和發展過程中逐漸失去客戶，對企業的進一步發展形成很大限制。而快速成型技術能夠通過一定的技術手段將塑料模具生產過程中的各個流程進行有效合并，在模具生產中，首先按照客戶要求應用三維繪圖軟件進行模型建設，或者直接將用戶提供的設計圖導入到軟件中，在三維軟件中進行模型顯示；其次準備相關材料，對于塑料模具來說，不同的材料在手感、密度、模具質量等方面都有很大差別，故而在模具制造中按照客戶要求選擇合適的材料；最后為制造過程，在應用快速成型技術時，可以通過3D打印設備等進行模具制造，按照相關技術規定進行生產即可。在當前的快速成型技術中，主要應用RPM技術，這種技術的原理與數學中的微積分相似，即在制造過程中對三維模型切片，將生成的二維模型進行疊加，最終制成塑料模具。

2 快速成型技術意義

快速成型技術對于模具制造行業和企業具有深遠意義，這些意義主要體現在以下方面。

（1）提升塑料模具制造速度。傳統塑料模具制造方式從出圖到模具建設完成需要很長時間，而由于快速成型技術能夠在很大程度上提升生產效率，并實現模具制造流程的有機融合，應用RPM技術制造以手機保護套為首的小型模具，制造時間得以極大縮短。

（2）降低制造成本。傳統塑料模具生產過程中，需要對模具中各類部件分別加工和組裝，涉及大量制造設備的應用，而快速成型技術在應用過程中，投入應用的設備數量更少，同時能夠在很大程度上降低開模過程中的原材料損耗，充分降低了制造成本。

（3）能夠實現快速驗證。對于一些新興產品來說，在模具制造時需要保證模具能夠被快速制造，由設計人員對通過模具生產的產品進行質量和功能驗證，由于快速成型技術能夠充分縮短模具制造時間，故而能夠滿足快速驗證要求。

3 快速成型技術在塑料模具制造中的應用

3.1 SLA法

SLA法全稱為立體光固化法，這種方法的原理為通過激光的能量使樹脂薄層產生固化反應，在采用這種方法時，由計算機系統按照模具的3D圖像進行對加工件進行控制，通過使用激光定點掃描的方式形成零件的薄層截面，重復上述過程即可制造出塑料模型成品，該技術的應用原理圖如下圖1。

在當前的各類快速成型技術中，這種方法制成的塑料模具精度最高，原因在于激光束結合極其緊密，并且激光對能夠對樹脂薄片進行均勻掃描，應用這種方法可以按照三維圖像制造出各類腔體，并進行注射熱塑性塑料操作，但是由于制造模具的樹脂導熱性較差，故而在注射熱塑性塑料的過程中，需要降低注射速度，在很大程度上提升了注射時間。

圖1 SLA法應用原理

3.2 LOM法

LOM全稱為箔材疊層實體制作法，這種方法的原理為通過專業設備對處理平臺上的紙張按照二維模型的輪廓進行切割，當切割完成后，在該模型上放置下一層紙張，計算機系統按照下一張二維圖片進行紙張切割，最終制造出塑料模具。

這種方法在應用過程中，由于會將零件中不同的層級進行壓實處理，故而模具具有很高的強度，并能夠承受200℃左右高溫。然而這種方法在使用過程中，會產生大量較難處理的廢料，并且需要最大限度降低原材料的厚度，從而提升模具的制造精度。另外這種制造模具的方式相對來說較為繁瑣，并且對于厚度較大的原材料，在模具生產完成后還需要對模具進行有效打磨。

3.3 SLS法

SLS法全稱為粉末材料激光選擇性燒結法，SLS法的應用原理為在設備的基底上按照設計要求鋪設粉末，并在粉末被壓實后利用激光燒結層面，在該層制作完成后，重復上述操作，通過對以上過程的多次重復最終獲得模具。

這種方法目前的應用較為廣泛，而且已經通過這種方法實現了多種模具的制造，而這種方法最大的優勢在于，能夠應用不同種類的原材料進行模具制造，由于這種方法的應用原理為對原材料粉末進行有效燒結，故而最終生產出的模具具有很高的密實度，模具內部氣孔數量極少。但是相比之下，采用這種技術生產出來的模具，雖然會在模具制造過程中加入合適的粘結劑，然而相較于各類直接加工的模具，還是具有強度較低的缺點，故而只能應用這種方式進行塑料模具的小批量生產。不過由于這種方法具有較高的應用前景，所以在當前和今后的發展中，會采取合理措施提升模具的制造精度和模具強度，讓生產的模具能夠滿足市場要求。

3.4 FDM法

FDM法全稱為絲狀材料選擇性熔融沉積法，這種方法的原理為讓模具制造材料處于熔融狀態，通過噴頭模具制造材料按照設計圖進行掃描噴涂，并在一層噴涂完成后按照上述方法進行下一層的掃描噴涂。

這種方法在當前的應用范圍也較為廣闊，原因在于使用FDM制造塑料模具時，耗費的制造成本更低，但是這種方法的運行原理也對其廣泛應用造成了限制。原因在于為了保證模具制造精度，噴頭的移動速度很低，在很大程度上延長了塑料模具的制造周期。另外由于這種是通過材料熔融后產生的絲進行模具制造，故而最終生產出來的模具質地疏松，并且這種疏松的質地對模具的強度造成極大的負面影響。在模具生產完成后，需要對制造出的模具施加滲銅工藝，才能保證模具具有較高的致密性和強度。

3.5 3D打印法

3D打印法是近幾年獲得大量研究和充分發展的一種模具制造方法，這種方法的應用原理與SLS方法極其相似，區別在于SLS法是通過激光讓粉末燒結，而3D打印法原理為由噴頭噴出粘結劑，通過粘結劑實現粉末的有效粘結。在應用3D打印技術進行制造塑料模具時，在打印完成后需要對生產出的模具進行高溫燒結處理，從而提升模具的強度，同時還需要進行滲銅處理，提升模具的致密度。另外在經過以上兩個過程的處理后，還需要對模具施加拋光操作。由于這種技術能夠實現各類復雜結構的模具生產，故而模具制造行業今后的發展中，會加大對該項技術的研究。

4 結語

綜上所述，快速成型技術能夠將計算機技術與模具生產技術進行有機融合，并將模具的生產過程進行有效簡化，故而在模具制造行業當前和今后的發展中將會發揮重要作用。對快速成型技術的應用將主要包括SLS技術、3D打印技術、FDM技術等，在今后的發展中，將會逐漸補足技術中現存的不足，提高模具的制造精度和模具強度。