快速成型技术在模具设计与制造中的应用

龙怀远 曾继钊

摘 要：快速成型技术主要是在20世紀90年代开始发展起来的一种高新设计制造技术，它通过使人们脑中的设计概念可以迅速变成一种实实在在的物品，而风靡于全球，在快速成型技术中，最值得一提的就是在整个产品的开发和研发过程中，它并不需要借助任何模具以及我们常用到的工艺设备，而只用一种快速成膜技术来大大缩短商品生产周期。当今社会企业之间的竞争越来越激烈，快速成型技术也成为一家企业商品竞争力核心重要技术，在一项问卷调查中表明，全球大概有400多家精铸工厂中，93%以上的工厂都使用过快速成膜技术，而这项技术对于加工新产品和增强企业市场应急能力有着至关重要的作用。

关键词：快速成型技术;模具设计;工业

1 常用快速成形方法在熔模铸造中的应用

我们常常用运用到的模具制造技术中，不仅可以输入有其他的CAD软件建立起来的稽核三维模型，还可以通过接收工业CT扫描的数据文件来得知制作模具的准备条件，例如通过对CT扫描，我们可以获得一个临界的断面的二维图像，紧接着我们通过图像来处理，将软件各个断面组合起来，构成一个实实在在可观可感的三维几何模型，再通过传送将快速机制形成的模样，迅速融注在应用当中，而这种复原的方法，也可以将机械零件在仿制的过程中实现对生产工业化的效率提升，通过运用快速成型技术制作精铸模具。我们可以将母模翻制环氧树脂或硅橡胶压制成型，也可以通过将CD系统中的不同压块模型的三维几何模型输入到快速成型模型中，从而形成模型，这种模型主要适用于小批量的生产，但如果一个母膜它的表面喷漆大概有两毫米厚的时候，这时候在填充环氧树脂的过程中，金属环氧树脂复合压型的模型可以更加高效率地满足工业生产实际数百件生产金融产品的要求，而在快速成膜技术中使用sls的方法，通过对其加工转化，也就是说，将树脂粉末转化成一种带有固定性数值的钢粉，在使用激光技术烧制成压形，然后在烧掉树脂，将铜液渗入到孔隙中，由此种方法得到的压型强度最高，导热性能最强，基本上可以与金属相媲美。此外，快速成型技术也可以用于制作一些不规则的器具，在20世纪90年代的时候，美国国家科学室开展了一项名为快速制造技术的研究，在这个研究中，它通过SLS方法将滚筒喷射在一层对火这种物质人耐力较高的塑料粉末中，它没有驱动激光发射头，而是通过驱动喷墨打印头，按照一个仿制品的截面来拍摄胶水，实现打印，通过重复这样的过程，完成了快速制造技术的零件制作，这种方法被命名为三维打印技术，它具有运行费用第一运行速度快的优势，而也是这种做法打开了国际上快速成型技术的发展。

2 传统快速成形方法的不足

此外快速成型技术也可以用于制作一些不规则的器具，在20世纪90年代的时候，美国国家科学室开展了一项名为快速制造技术的研究，在这个研究中，它通过SLS方法将滚筒喷射在一层对火这种物质人耐力较高的塑料粉末中，它没有驱动激光发射头，而是通过驱动喷墨打印头，按照一个仿制品的截面来拍摄胶水，实现打印，通过重复这样的过程，完成了快速制造技术的零件制作，这种方法被命名为三维打印技术，它具有运行费用第一运行速度快的优势，而也是这种做法打开了国际上快速成型技术的发展。FDM 法尽管最容易适应熔模铸造的工艺要求，但制成蜡模的尺寸精度和表面质量尚不尽如人意，而 LOM法虽模样质量尚可，但难以适应熔模铸造，因此，目前后二种方法在熔模铸造中推广应用均受到一定限制。 这样就当前快速成型技术发展的一个大的不足和趋势，再第三部分笔者将根据第二部分分析的不足进一步阐释其改良途径，促进快速成型技术的发展。

3 熔模铸造中应用 SLA 和SLS 的新进展

SLA法在1987年的时候就面临着被商业化的重新洗牌了，最开始它是用来制作一些实体模型的，具有一定的功能性质和合成性质，到了20 世纪90年代的时候，美国的 3D System Inc 软件开发成功之后，SLA 快速成型技术也实现了飞跃，其中内部呈蜂窝形结构的一种零件很受追捧，这种结构让大家更匪夷所思的不光是内部结构的复杂性，还有其外表的光滑致密程度，这都为租客节省了 90%多的制模材料，在焙烧型壳的时候，不少模具具有变化性较强的型壳，很容易发生胀裂。在快速成膜技术中，有些时候如果壳壳中残留的灰尘较多，就会导致铸件表面产生一些非金属杂质的不纯，这就是一个元件的缺陷，而这种缺陷如果留在了关键部位，甚至会影响到整个工业生产和整个临界的组装，紧接着是重金属元素的含量，重金属元素的含量，对于制造高温合金来说比较重要，例如在对SLA光固化树脂的制造过程中，就是一种长期约束，而它如果在某个壳壳中并没有燃烧干净，发生了残灰就可能污染合金，而这种合金一旦污染，就会使原本能达到的高温高压条件得到了足，却进而使注解报废，最后将稳定性控制在一个合理的范围，将湿度和干度要求以及光源控制到一个合理的范围内，这也是十分重要的，在采用SLA模样进行小批量生产精密铸件的时候，也要考虑到以下几个问题，一是这个模样是否和铸件能达到的尺度是精确吻合的，二是它的生产成本以及交货日期是否是明确的。绝大多数铸件尺寸符合公差要求，合格率达95%以上。在生产过程中绝大多数的铸件尺寸是要符合一定的公差要求的，因此在制作过程中哟啊考虑到利益因素，SLA的模样成本要比制作相同的蜡膜要高许多，但其中耗费的时间也是有一定的要求的，这不光需要设计出一种制造压型，还要在单位小批量生产的过程中着重考虑成本和交货期方面是否具有一定的优势，如果铸件越为复杂，那这种优势也就越为明确，例如生产形状较为复杂的航空企业中精致界的时候，其模具要求制作费用较高，而每天制作的数量是非常少的，但是每个蜡模浪费的成本相比较这些来说更是微乎其微，这就是一种高产出低投入的铸件制造技术，这个时候就可以采用SLA的方法将成本控制在更低，产出稍微提高，最终来实现资源的优化配置，如果一个产量小于32件，要采用SLA的模型低于蜡膜，而如果超过那么它的费用就会高于蜡膜，在使用蜡膜的过程中还要考虑的是耗费的时长，还要考虑的是采用蜡模产品更新换代的时候，需要重新制作模具，它所付出的便捷程度就会大大降低。

4 结束语

再最开始，SLS技术是用激光的方法将特制的蜡粉烧结成一个蜡模，这就比较适合在熔模铸造的时候生成特定的工艺，早在 1990年底，美国已有超过50家铸造厂，生产多达约 3000个蜡模，并成功铸出多种金属铸件。然而，蜡粉并不是最理想的制模材料，由它制成蜡模的强度不足，气温高时易软化变形，气温低时又容易碎断，因此，模样制成后需要浸蜡和手工打磨精整，使其表面光滑致密。目前这种方法已在国内外普遍应用。

参考文献：

[1]张可朋，郝昱宇，王鹏.金属烧结过程中温度场分布的有限元分析[J].黑龙江冶金.2015（06）

[2]罗新华，花国然.快速原型制造技术的应用及进展[J].机械制造，1998，（3）：7-9

[3]尚晓峰，刘伟军，王天然，王志坚.金属粉末激光成形扫描方式[J].机械工程学报2015（07）

作者简介：

龙怀远（1978—），男，汉族，贵州凯里市人，西北轻工业学院塑性成型工艺及设备本科专业，贵州振华华联电子有限公司工程师，研究方向：模具设计及制造工艺，先进传递模塑成型工艺，塑件制品、铸件制品生产，项目管理。

（贵州振华华联电子有限公司，贵州 凯里 556000）