快速成型技術在模具設計與制造中的應用

龍懷遠 曾繼釗

摘 要：快速成型技術主要是在20世紀90年代開始發展起來的一種高新設計制造技術，它通過使人們腦中的設計概念可以迅速變成一種實實在在的物品，而風靡于全球，在快速成型技術中，最值得一提的就是在整個產品的開發和研發過程中，它并不需要借助任何模具以及我們常用到的工藝設備，而只用一種快速成膜技術來大大縮短商品生產周期。當今社會企業之間的競爭越來越激烈，快速成型技術也成為一家企業商品競爭力核心重要技術，在一項問卷調查中表明，全球大概有400多家精鑄工廠中，93%以上的工廠都使用過快速成膜技術，而這項技術對于加工新產品和增強企業市場應急能力有著至關重要的作用。

關鍵詞：快速成型技術;模具設計;工業

1 常用快速成形方法在熔模鑄造中的應用

我們常常用運用到的模具制造技術中，不僅可以輸入有其他的CAD軟件建立起來的稽核三維模型，還可以通過接收工業CT掃描的數據文件來得知制作模具的準備條件，例如通過對CT掃描，我們可以獲得一個臨界的斷面的二維圖像，緊接著我們通過圖像來處理，將軟件各個斷面組合起來，構成一個實實在在可觀可感的三維幾何模型，再通過傳送將快速機制形成的模樣，迅速融注在應用當中，而這種復原的方法，也可以將機械零件在仿制的過程中實現對生產工業化的效率提升，通過運用快速成型技術制作精鑄模具。我們可以將母模翻制環氧樹脂或硅橡膠壓制成型，也可以通過將CD系統中的不同壓塊模型的三維幾何模型輸入到快速成型模型中，從而形成模型，這種模型主要適用于小批量的生產，但如果一個母膜它的表面噴漆大概有兩毫米厚的時候，這時候在填充環氧樹脂的過程中，金屬環氧樹脂復合壓型的模型可以更加高效率地滿足工業生產實際數百件生產金融產品的要求，而在快速成膜技術中使用sls的方法，通過對其加工轉化，也就是說，將樹脂粉末轉化成一種帶有固定性數值的鋼粉，在使用激光技術燒制成壓形，然后在燒掉樹脂，將銅液滲入到孔隙中，由此種方法得到的壓型強度最高，導熱性能最強，基本上可以與金屬相媲美。此外，快速成型技術也可以用于制作一些不規則的器具，在20世紀90年代的時候，美國國家科學室開展了一項名為快速制造技術的研究，在這個研究中，它通過SLS方法將滾筒噴射在一層對火這種物質人耐力較高的塑料粉末中，它沒有驅動激光發射頭，而是通過驅動噴墨打印頭，按照一個仿制品的截面來拍攝膠水，實現打印，通過重復這樣的過程，完成了快速制造技術的零件制作，這種方法被命名為三維打印技術，它具有運行費用第一運行速度快的優勢，而也是這種做法打開了國際上快速成型技術的發展。

2 傳統快速成形方法的不足

此外快速成型技術也可以用于制作一些不規則的器具，在20世紀90年代的時候，美國國家科學室開展了一項名為快速制造技術的研究，在這個研究中，它通過SLS方法將滾筒噴射在一層對火這種物質人耐力較高的塑料粉末中，它沒有驅動激光發射頭，而是通過驅動噴墨打印頭，按照一個仿制品的截面來拍攝膠水，實現打印，通過重復這樣的過程，完成了快速制造技術的零件制作，這種方法被命名為三維打印技術，它具有運行費用第一運行速度快的優勢，而也是這種做法打開了國際上快速成型技術的發展。FDM 法盡管最容易適應熔模鑄造的工藝要求，但制成蠟模的尺寸精度和表面質量尚不盡如人意，而 LOM法雖模樣質量尚可，但難以適應熔模鑄造，因此，目前后二種方法在熔模鑄造中推廣應用均受到一定限制。 這樣就當前快速成型技術發展的一個大的不足和趨勢，再第三部分筆者將根據第二部分分析的不足進一步闡釋其改良途徑，促進快速成型技術的發展。

3 熔模鑄造中應用 SLA 和SLS 的新進展

SLA法在1987年的時候就面臨著被商業化的重新洗牌了，最開始它是用來制作一些實體模型的，具有一定的功能性質和合成性質，到了20 世紀90年代的時候，美國的 3D System Inc 軟件開發成功之后，SLA 快速成型技術也實現了飛躍，其中內部呈蜂窩形結構的一種零件很受追捧，這種結構讓大家更匪夷所思的不光是內部結構的復雜性，還有其外表的光滑致密程度，這都為租客節省了 90%多的制模材料，在焙燒型殼的時候，不少模具具有變化性較強的型殼，很容易發生脹裂。在快速成膜技術中，有些時候如果殼殼中殘留的灰塵較多，就會導致鑄件表面產生一些非金屬雜質的不純，這就是一個元件的缺陷，而這種缺陷如果留在了關鍵部位，甚至會影響到整個工業生產和整個臨界的組裝，緊接著是重金屬元素的含量，重金屬元素的含量，對于制造高溫合金來說比較重要，例如在對SLA光固化樹脂的制造過程中，就是一種長期約束，而它如果在某個殼殼中并沒有燃燒干凈，發生了殘灰就可能污染合金，而這種合金一旦污染，就會使原本能達到的高溫高壓條件得到了足，卻進而使注解報廢，最后將穩定性控制在一個合理的范圍，將濕度和干度要求以及光源控制到一個合理的范圍內，這也是十分重要的，在采用SLA模樣進行小批量生產精密鑄件的時候，也要考慮到以下幾個問題，一是這個模樣是否和鑄件能達到的尺度是精確吻合的，二是它的生產成本以及交貨日期是否是明確的。絕大多數鑄件尺寸符合公差要求，合格率達95%以上。在生產過程中絕大多數的鑄件尺寸是要符合一定的公差要求的，因此在制作過程中喲啊考慮到利益因素，SLA的模樣成本要比制作相同的蠟膜要高許多，但其中耗費的時間也是有一定的要求的，這不光需要設計出一種制造壓型，還要在單位小批量生產的過程中著重考慮成本和交貨期方面是否具有一定的優勢，如果鑄件越為復雜，那這種優勢也就越為明確，例如生產形狀較為復雜的航空企業中精致界的時候，其模具要求制作費用較高，而每天制作的數量是非常少的，但是每個蠟模浪費的成本相比較這些來說更是微乎其微，這就是一種高產出低投入的鑄件制造技術，這個時候就可以采用SLA的方法將成本控制在更低，產出稍微提高，最終來實現資源的優化配置，如果一個產量小于32件，要采用SLA的模型低于蠟膜，而如果超過那么它的費用就會高于蠟膜，在使用蠟膜的過程中還要考慮的是耗費的時長，還要考慮的是采用蠟模產品更新換代的時候，需要重新制作模具，它所付出的便捷程度就會大大降低。

4 結束語

再最開始，SLS技術是用激光的方法將特制的蠟粉燒結成一個蠟模，這就比較適合在熔模鑄造的時候生成特定的工藝，早在 1990年底，美國已有超過50家鑄造廠，生產多達約 3000個蠟模，并成功鑄出多種金屬鑄件。然而，蠟粉并不是最理想的制模材料，由它制成蠟模的強度不足，氣溫高時易軟化變形，氣溫低時又容易碎斷，因此，模樣制成后需要浸蠟和手工打磨精整，使其表面光滑致密。目前這種方法已在國內外普遍應用。

參考文獻：

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[3]尚曉峰，劉偉軍，王天然，王志堅.金屬粉末激光成形掃描方式[J].機械工程學報2015（07）

作者簡介：

龍懷遠（1978—），男，漢族，貴州凱里市人，西北輕工業學院塑性成型工藝及設備本科專業，貴州振華華聯電子有限公司工程師，研究方向：模具設計及制造工藝，先進傳遞模塑成型工藝，塑件制品、鑄件制品生產，項目管理。

（貴州振華華聯電子有限公司，貴州 凱里 556000）