试论快速成型技术在塑料模具制造中的应用

2018-12-18梁士科

中国设备工程 2018年23期

梁士科

（广西五一管业股份有限公司，广西梧州 543000）

传统的塑料模具生产方式已经与当前的市场要求间存在较大偏差，不能满足当前市场上对塑料模具的要求，而快速成型技术除了能够缩短塑料模具的制造周期，还能够在很大程度上提升模具的质量，从而使模具制造企业能够充分以市场为导向进行良性发展。另外随着软件行业的深度发展，快速成型技术在今后的发展中将会对行业提供更好的引导。

1 快速成型技术概述

快速成型技术在塑料模具制造过程中与传统的制造流程和工艺有很大区别，传统制造工艺从图纸绘制到做出成品通常需要耗费很长时间，这会让企业在运行和发展过程中逐渐失去客户，对企业的进一步发展形成很大限制。而快速成型技术能够通过一定的技术手段将塑料模具生产过程中的各个流程进行有效合并，在模具生产中，首先按照客户要求应用三维绘图软件进行模型建设，或者直接将用户提供的设计图导入到软件中，在三维软件中进行模型显示；其次准备相关材料，对于塑料模具来说，不同的材料在手感、密度、模具质量等方面都有很大差别，故而在模具制造中按照客户要求选择合适的材料；最后为制造过程，在应用快速成型技术时，可以通过3D打印设备等进行模具制造，按照相关技术规定进行生产即可。在当前的快速成型技术中，主要应用RPM技术，这种技术的原理与数学中的微积分相似，即在制造过程中对三维模型切片，将生成的二维模型进行叠加，最终制成塑料模具。

2 快速成型技术意义

快速成型技术对于模具制造行业和企业具有深远意义，这些意义主要体现在以下方面。

（1）提升塑料模具制造速度。传统塑料模具制造方式从出图到模具建设完成需要很长时间，而由于快速成型技术能够在很大程度上提升生产效率，并实现模具制造流程的有机融合，应用RPM技术制造以手机保护套为首的小型模具，制造时间得以极大缩短。

（2）降低制造成本。传统塑料模具生产过程中，需要对模具中各类部件分别加工和组装，涉及大量制造设备的应用，而快速成型技术在应用过程中，投入应用的设备数量更少，同时能够在很大程度上降低开模过程中的原材料损耗，充分降低了制造成本。

（3）能够实现快速验证。对于一些新兴产品来说，在模具制造时需要保证模具能够被快速制造，由设计人员对通过模具生产的产品进行质量和功能验证，由于快速成型技术能够充分缩短模具制造时间，故而能够满足快速验证要求。

3 快速成型技术在塑料模具制造中的应用

3.1 SLA法

SLA法全称为立体光固化法，这种方法的原理为通过激光的能量使树脂薄层产生固化反应，在采用这种方法时，由计算机系统按照模具的3D图像进行对加工件进行控制，通过使用激光定点扫描的方式形成零件的薄层截面，重复上述过程即可制造出塑料模型成品，该技术的应用原理图如下图1。

在当前的各类快速成型技术中，这种方法制成的塑料模具精度最高，原因在于激光束结合极其紧密，并且激光对能够对树脂薄片进行均匀扫描，应用这种方法可以按照三维图像制造出各类腔体，并进行注射热塑性塑料操作，但是由于制造模具的树脂导热性较差，故而在注射热塑性塑料的过程中，需要降低注射速度，在很大程度上提升了注射时间。

图1 SLA法应用原理

3.2 LOM法

LOM全称为箔材叠层实体制作法，这种方法的原理为通过专业设备对处理平台上的纸张按照二维模型的轮廓进行切割，当切割完成后，在该模型上放置下一层纸张，计算机系统按照下一张二维图片进行纸张切割，最终制造出塑料模具。

这种方法在应用过程中，由于会将零件中不同的层级进行压实处理，故而模具具有很高的强度，并能够承受200℃左右高温。然而这种方法在使用过程中，会产生大量较难处理的废料，并且需要最大限度降低原材料的厚度，从而提升模具的制造精度。另外这种制造模具的方式相对来说较为繁琐，并且对于厚度较大的原材料，在模具生产完成后还需要对模具进行有效打磨。

3.3 SLS法

SLS法全称为粉末材料激光选择性烧结法，SLS法的应用原理为在设备的基底上按照设计要求铺设粉末，并在粉末被压实后利用激光烧结层面，在该层制作完成后，重复上述操作，通过对以上过程的多次重复最终获得模具。

这种方法目前的应用较为广泛，而且已经通过这种方法实现了多种模具的制造，而这种方法最大的优势在于，能够应用不同种类的原材料进行模具制造，由于这种方法的应用原理为对原材料粉末进行有效烧结，故而最终生产出的模具具有很高的密实度，模具内部气孔数量极少。但是相比之下，采用这种技术生产出来的模具，虽然会在模具制造过程中加入合适的粘结剂，然而相较于各类直接加工的模具，还是具有强度较低的缺点，故而只能应用这种方式进行塑料模具的小批量生产。不过由于这种方法具有较高的应用前景，所以在当前和今后的发展中，会采取合理措施提升模具的制造精度和模具强度，让生产的模具能够满足市场要求。

3.4 FDM法

FDM法全称为丝状材料选择性熔融沉积法，这种方法的原理为让模具制造材料处于熔融状态，通过喷头模具制造材料按照设计图进行扫描喷涂，并在一层喷涂完成后按照上述方法进行下一层的扫描喷涂。

这种方法在当前的应用范围也较为广阔，原因在于使用FDM制造塑料模具时，耗费的制造成本更低，但是这种方法的运行原理也对其广泛应用造成了限制。原因在于为了保证模具制造精度，喷头的移动速度很低，在很大程度上延长了塑料模具的制造周期。另外由于这种是通过材料熔融后产生的丝进行模具制造，故而最终生产出来的模具质地疏松，并且这种疏松的质地对模具的强度造成极大的负面影响。在模具生产完成后，需要对制造出的模具施加渗铜工艺，才能保证模具具有较高的致密性和强度。

3.5 3D打印法

3D打印法是近几年获得大量研究和充分发展的一种模具制造方法，这种方法的应用原理与SLS方法极其相似，区别在于SLS法是通过激光让粉末烧结，而3D打印法原理为由喷头喷出粘结剂，通过粘结剂实现粉末的有效粘结。在应用3D打印技术进行制造塑料模具时，在打印完成后需要对生产出的模具进行高温烧结处理，从而提升模具的强度，同时还需要进行渗铜处理，提升模具的致密度。另外在经过以上两个过程的处理后，还需要对模具施加抛光操作。由于这种技术能够实现各类复杂结构的模具生产，故而模具制造行业今后的发展中，会加大对该项技术的研究。