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快速模具技术论文
快速模具技术论文 快速模具技术论文篇一 基于快速成形模具制造技术的研究 摘要：快速成形制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形 状三维实体的技术。它能自动、快速、准确地将设计思想物化为具有一定功能原 型或直接制造出零件(包括模具)的技术，是制造技术的一次新的变革。当前，快 速成形制造技术核心是基于数字化的新型的成形技术，因此，它在要求周期短、 效率高、精度高的模具制造中应用较为广泛，对传统模具的加工具有很好的促进 作用。
关键词：
快速成形 模具制造 CAD/CAM 快速模具制造 随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速 度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计 和快速工模具制造)的能力(成本和周期)，成为制造业全球竞争的实力基础。同时， 制造业为满足日益个性化的市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够在 不增加产品的成本的前提下，以小批量甚至单件组织生产。因此，产品开发的速 度和制造技术的柔性就变得十分关键了。正是在这种社会背景下，快速成形制造 技术(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)于20世纪80年代后期产生于美国，并 迅速扩展到欧洲及日本，被认为是近年来制造技术领域的一项重大突破。
1.概述 1.1快速成形制造技术的产生与发展。
快速成形(Rapid Prototyping，RP)技术作为一种先进制造技术，是用 材料逐层或逐点堆积出零件的一种快速制造方法，又称为快速出样件技术或快速 原型法。它与虚拟制造技术(Virtual Manufacturing)一起，被称为未来制造业的两 大支柱技术。快速成形技术对缩短新产品开发周期、降低开发费用具有极其重要 的意义，有人称快速成形技术是继NC技术后制造业的又一次革命。RP技术现今 迅速地向快速成形制造(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM)方向发展。快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展也将推 动相关技术、产业的发展。目前，比较成熟的制造工艺有数十种。典型的有SLA 立体光刻、LOM分层实体制造、SLS选区激光烧结、FDM熔融沉积制造和3DP三 维印刷等。快速成形制造技术是采用分层的思想来制作三维物体，根据构成物体 的方式不同，有以下几种成形方式：添加成形、去除成形、受迫成形。
1.2快速成形制造技术的基本原理与特点。
1.2.1 RPM的基本原理 RPM技术是综合CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子 技术和激光技术等于一体的技术，是实现从零件设计到三维实体成形制造的一体 化系统技术，采用软件离散-材料堆积的原理实现零件的成形过程，其原理如图1 所示。
RPM是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体的技 术总称，即利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体 原型。在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料，最终完成 零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成， 从CAD模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快速成形的工艺参数信息结 合，控制材料有规律地、精确地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从 制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制三维的自动化成形设 备，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成成形或零件，其工艺流程如图 2所示。
1.2.2 RPM的特点 RPM技术的特点主要有：高速柔性化，技术高度集成化，产品开发快 速化，设计制造一体化，制造自由成形化，材料使用广泛性。
1.3快速成形制造技术的分类与工艺方法。
1.3.1 RPM的分类 RPM技术在“分层制造”思想基础上，根据分类的方法通常可分为按采 用的原材料进行分类和按制造工艺原理进行分类。1.3.1.1按成形所采用的原材料分类 ①液体的光、热聚合与固化。液体聚合物的特性使其在激光、紫外光 或其他热源的照射线能迅速从液态转为固态。采用这种方式的快速成形制造技术 有立体印刷、全息干涉固化、光催化固化与光刻、激光束相干固化、热聚合等。
②固态膜、片材的熔化。采用固体的膜或片材，用粘结剂或其他方法 将切割下来的材料粘结而成形。常用的工艺方法有层合实体制造、膜聚合等。
③固体粉末的烧结与粘结。通过激光烧结或用粘结剂粘结将固体粉末 联接起来，未被照射的区域仍是粉末。采用这种制造工艺的有选择性激光烧结、 三维喷涂粘结等。
④固态丝、线材的熔化。采用固态的线材或丝材，通过加热使其熔化 成半流动状，同时喷头按要求的轨迹运动，将材料沉积下来，堆积成所需的形状， 冷却后凝固成固体而成形。常见的工艺方法有熔融沉积造型、焊接成形等。
1.3.1.2按制造工艺原理分类 ①层合实体造型(LOM)。LOM工艺采用薄片材料，用激光束在刚粘结 的新层上切割出零件截面轮廓。
②立体光刻(SLA)。SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作 的。
③选择性激光烧结(SLS)。SLS工艺是采用粉末状材料成形的。
④三维喷涂粘结(3DPG)。3DPG工艺采用粉末材料成形。其原理类似 于喷墨打印机，因此又称3D印刷。
⑤熔融沉积造型(FDM)。FDM工艺一般采用热塑性材料。
1.3.2 RPM的工艺方法 1.3.2.1纸层叠法――薄形材料选择性切割(LOM法) 计算机控制的CO2激光束按三维实体模型每个截面轮廓线对薄形材 料(如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等)进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结形成快速原型。用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密 铸造”。
1.3.2.2激光立体制模法――液态光敏树脂选择性固化(SLA法) 液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束(按照三维模型每 个截面的轮廓线)照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在 前一层上，如此重复直至成形完毕，即形成快速原型。而新推出的光照成形机(如 3D Systems公司出产的SLA-300成形机)采用了Zephyr再涂层技术，最上面待成形 树脂用真空吸附式刮板结构涂布供给，不需要沉入液态树脂中，提高了速度，在 制作的原型中不再有液态树脂。用来制作塑料模、在熔模精密铸造中替代蜡模。
1.3.2.3烧结法――粉末材料选择性激光烧结(SLS法) 粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂 等。粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之 处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成快速原型。用此法 可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆 膜砂制作铸型及铸造用母模等。
2.快速模具制造技术(RT，Rapid Tooling) 目前，快速成形制造技术在模具制造方面的应用可分为RP成形间接 制模(Indirect Rapid Tooling，IRT)和RP成形直接制模(Direct Rapid Tooling，DRT)， 主要用于制造注塑类模具、冲压类模具和铸造类模具等。通过将精密铸造、中间 软模过渡法以及金属喷涂、电火花加工、研磨等先进模具制造技术与快速成形制 造相结合，就可以快速地制造出各种金属型模具来。如图3所示为各种基于快速 成形的RT工艺路线。
2.1直接制模技术DRT。
较好地解决模具加工成本高、周期长的方法就是采用快速成形直接制 造模具。直接制模技术DRT是指利用RP技术直接制造出最终的零件或模具，然 后对其进行一些必要的后处理即可达到所要求的力学性能、尺寸精度和表面质量。
直接制模具有制造周期短、节省资源、发挥材料性能、提高精度、降低成本的特 点。但它在模具精度和性能控制等方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成 形尺寸受到较大的限制。2.2间接制模技术IRT。
间接指模技术IRT是指利用RPM技术首先制造模芯，然后用此模芯复 制软质模具，或制作金属硬模具，或者制作加工硬模具的工具。它通常以非金属 型为主，大多数情况下，非金属成形无法直接作为模具使用，需要以RP成形作 母模，通过各种工艺转换来制造金属模具。相对于直接制模来说，间接制模技术 比较成熟。目前，制造业多数采用金属模具间接制造工艺。
3.基于RPM的快速模具制造方法 3.1用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)。
用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材 料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。
其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或 低熔点合金铸造模。
3.2用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)。
用快速成形件作母模，或根据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、 陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压 型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能， 可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统 等。用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000―10000件。
3.3用快速成形系统制作电脉冲机床用电极。
用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、 浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。
4.结语 快速成形制造技术及其为基础的快速制造技术在企业新产品开发中 起着重要作用。它可以极大缩短新产品的开发周期，降低开发阶段的成本，避免 开发风险。它开创了模具快速制造的新时代，发展前景广阔。快速模具技术论文篇二 快速模具制造技术研究与发展 摘要：快速制模技术、制造技术与发展趋势下面作了简要介绍;并在 此基础上，把它的特点、优势、适用范围和应用前景进行了讨论和未来展望。快 速原型技术的形式，基本原则和技术应用在模具制造，快速模具技术分析(RT) 的发展前景和意义。
关键词：快速模具制造技术;研究;开发 中图分类号：TG76 文献标识码：A 随着中国逐步从计划经济到市场经济并加入WTO，市场竞争将更加 激烈，企业要生存和发展，我们必须不断提高自己的竞争力，加强管理也必须推 出多款先进的制造技术。模具是重要的工业产品是把工业设备一体成型，由于模 具零件，具有生产效率高、质量好、节约原材料和低成本的一系列的好处，因此 在很大程度上决定了模具企业在市场竞争中的应变能力，成型已成为一个重要手 段，现代工业产品和工艺的开发。
一、快速成型技术 它的快速原型设计的基本原则应该是属于离散/堆积成形，具体目标 是三维CAD模型，计算机将迅速转化为具体的物质构成的三维物理样机，这是第 一个在CAD建模系统取得一个三维CAD模型(通过测量仪器或测量的物理形状和 大小，然后转化为CAD模型)，然后对数据进行处理的模型。在一个方向(例如Z 方向)的平面“分层”的处理，然后堆叠部分，最后堆积到原来的三维零件。如下 图：
首先，部件的几何形状，是输入到计算机图形系统(如CAD);其次，计 算机表示的几何模型被分为2块，每个划分层中的信息层的1/2的二维表示的平面 体部分的厚度非常小的，然后，在这个过程中，在平面部分是一层沉积或粘合在 一起，此粘合工艺形成所需的实体的对象的几何形状，它是一个连续的内部和两 个外部部分内部区域被分为主体部分，和外部区域中的快速原型技术中起着作用 在所述支撑结构，下面详细介绍快速成型的特点：
(1)、快速性通过STL格式文件，RPM系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，可实 现产品开发的快速闭环反馈。
(2)、高度柔性快速成型系统是真正的数字化制造系统，它取消了工 装夹具，系统不作任何改变和调整即可完成不同类型的零件的加工制作，特别适 合新品开发或单件小批量生产。
(3)、与复杂程度无关性零件制造周期和制造成本与零件的形状和复 杂度无关，而只与其净体积有关。
(4)、高度集成化用重复的三维扫描成型复杂的三维零件，避免了数 控加工的复杂编程步骤。从根本上克服了CAD/CAM集成时，CAPP这一瓶颈问 题，从而实现高度自动化和程序化。
二、快速成型技术在模具制造中的应用 1、快速原型的快速制造模具技术的过程 (1)、软成型技术，包括使用各种快速成型技术的SLS 与LOM，可直 接转换为CAD模型虚拟模型与金属原型，在许多情况下，有一定的机械性能，可 以用来作为一种软模具，塑料件小批量生产。
(2)、准直的快速模具制造，在这里主要是指直接通过准RP技术生产 模具，还需要更多的后续工作，可用于生产的工件，主要的方法是由RP金属涂 有粘接剂的粉末，金属的悬浮液中，与金属颗粒的塑料丝模压成半成品，然后去 除后的粘合剂和随后的渗透过程以生产金属模具。该模具可以用于塑件和蜡生产 的介质数量。
(3)、直接快速模具制造技术可以直接从RP的系统中，高密度的金属 模，典型的激光烧结的金属粉末成型技术：其中包括两个过程的方法：第一，高 功率激光烧结金属粉末成型方法，即利用高功率激光(1000W以上)扫描金属粉末 烧结，一层一层的叠加成型，成型后的表面处理(打磨，精加工)来完成模具制作， 模具制造，压铸，锻造模具;第二，混合金属粉末激光烧结法，即两个金属粉混 合物，其特征在于，熔点低，从粘合剂的作用。
(4)、间接快速制模技术(IRT)RP方法所涉及的技术包括LOM、SLS 、 SLA 、FDM等等，它有两种成型方法：第一种是通过RP方法，形成一个木制的模具或树脂模型，然后通过用硅橡胶模具的模型，电极形成，金属和其他传统的 模具制造方法来生产模具，二是通过RP技术生产的模具(蜡模，消失模)和模具(砂 或外壳),结合生产的金属模铸造技术。
2、常用的间接快速制模技术有以下几种：
(1)、喷涂法RP使用金属喷枪，以形成金属硬壳原型层被分离下来， 与铝粉末填充的环氧树脂或硅橡胶的支持，可以进行精确的注塑模具。这种方法 省去了传统的加工技术，详细的图纸，锻造，机械切割，电火花，热处理耗时的 部分，它的成本比起传统方法得到很大程度节约，生产周期由原来的3～6周，模 具寿命可达10,000次。
(2)、研磨方法是环氧树脂与碳化硅磨料进行混合，浇注连接到RP原 型，固化后的工件中产生的印象，这样的印象，可以用作压力振动的方法，研磨 工具，用于制造形状复杂、高精度、高放电加工表面质量使用的石墨电极。这种 方法比传统的CNC加工速度更快，更安全，更可靠，对环境无污染，成本低的产 品，电极可以制造更多的副模具。
(3)、室温硫化模具是快速、简单和廉价的品种，小批量生产的塑料 部件和石蜡零件在航空航天，体育用品，玩具及装饰设备，及其他领域得到广泛 应用。
(4)、真空成型被目前已广泛应用，主要用于真空形成塑料杯，食品 包装，高档家具，汽车内部装饰部件。由于成形过程中温度低于54.4 ℃，多个 RP原型真空成型可以直接使用，从而有效地减少了生产时间，降低成本。
(5)、RP原型铸造是据RP的物理原型(n型)可以变成二氧化硅腔(负)， 变成陶瓷型(n型)的能力，使用陶瓷是一种可以铸造金属(如锌合金，铍铜)，腔体 (负极)的注塑成型。SLS技术可直接用于生产成型金属陶瓷模具。
(6)、投资铸件是RP技术的最大优势，它能够迅速生产复杂形状的原 型，熔模铸造(脱蜡铸造)具有复杂的部分，两个一起用模型制作的优势，您可以 快速创建各种零部件。使用FDM 、SLA、SLS原型制造过程中，如熔模铸造方 法，具有实际用途，并产生巨大的经济效益。
三、快速模具技术的发展前景与各行应用1、未来的快速模具制造技术的发展趋势 (1)、提高模具的制造精度;尺寸精度-0.015～ 0.05毫米之间，并具有 良好的表面质量，减少最终加工和抛光工艺，保证了工艺的经济性。
(2)、努力开发新材料和新技术，高强度金属模具间接制造技术的发 展，以缩短生产周期，降低生产成本。
2、应用举例 如新的火箭发动机壳体产品的原型，通过常规的加工方法是难以处理 的，必须的通过成型。据测算，开模时间为8个月，耗资至少300000美元。如果 产品的设计错误，要报废整个模具，如果使用的快速成型方法，用于生产塑料制 品的样品，作为模具母模模具硅胶克隆。硅橡胶固定在母模的铝标准的模具中， 并倾人具有良好的硅橡胶，静置12 ～ 20小时，完全固化后，打开模具架，沿一 预定的硅橡胶刀剖开的分型线，取出母模铸造，喷砂，一个合格的外壳铸件，在 短短的两个月内制造出来，经过必要的加工，就可以运行装机容量整个试验周期 短，超过三分之二的传统方法，节约成本四分之三。
总之，由于技术进步，社会发展和日益激烈的市场竞争中，企业要生 存，我们必须寻找一个快速，高效的生产方法;但是发展的生产要求与快速成型 技术与传统制造技术的兴起相比，新产品具有开发周期短、成本低、灵活的产品 设计优势;基于RP的快速制模技术已成为现代工业产品和工艺开发的重要手段;
因此，我们必须证明快速模具是由决定速度的快速原型设计与大规模生产的一个 必要的方式来抢占市场，快速原型技术可实现更大的经济效益的关键，快速制模 技术具有广阔的发展前景。
