王峥

>摘要：

快速成型技术（RP）作为一种正在成熟的先进制造技术，已成功的实现了快速原型制造，正向快速制造方向迅速发展。研究和了解快速成型技术在快速制模方向的应用，找出一些需要解决的问题。

一、RP技术概论

当今时代，制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展，快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业厂商把握市场先机的关键。快速成型技术（RP）正是在这种时代的需求下应运而生的。它是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。

二、RP技术的模具制作方法

传统的模具制造方法可分为两种，一种是借助母模翻制模具，另一种就是用数控机床直接制造模具，将快速成型技术引入模具制造过程后的模具开发制造就是快速模具制造。快速成型技术在模具制造领域的应用主要是用来制作模具设计制造过程中所用的母模，有时也用快速成型技术直接制造模具。因此分为两类：直接制模法和间接制模法。

（一）直接制模法

SLS激光粉末烧结。一般的工艺流程为：先在基底上铺上一层粉末，压辊压实后，用激光有选择的烧结一个层面。然后新的一层粉末通达铺粉装置铺在上面，进行下一层烧结，反复进行直至得到最终的零件。目前主要有两种商品化的SLS工艺：一是美国DTM公司的RapidTool工艺；另一种是德国EOS公司的DirectTool工艺。

3D打印。3D打印技术已发展成可利用喷头有选择地向金属粉末喷射粘结剂，利用粘结剂使金属粉末成型。这种低密度的（约为50%）成型件也要经过去除粘结剂和渗铜处理，最终得到密度达92%以上的模件。其成型厚度为0.17mm，因而其尺寸精度只达到±0.1mm的水平。这种方法的优点是可以制造的材料多种多样，这种多样性既可体现在不同模件上，也可体现在同一个模件上，其尺寸也可以比较大，几何形状任意，过程简单，是一种比较看好的技术。

光固化法制作注射成型模具。以环氧树脂基的光敏树脂为原料在SL设备上成型的方法。它用密集激光束过量扫描待成型表面，即激光束扫描间距很小，甚至部分重合，同时照射非常均匀。该法制作的快速成型件的精度和表面光洁度在目前所有RP方法中是最好的，因此常用它来制作模具制造中所用的母模。用此种方法直接制作注射模的型腔或型芯，也达到了非常好的效果，可用于注射多种热塑性的塑料，寿命达200件，价格适中，制作时间一般在2星期左右。

（二）间接制模法硅胶模。

硅胶模应用非常广泛，硅胶模具有制作速度极快，可以浇铸多种热固性塑料，成型件具有较好精度，价格非常便宜等优点，但硅胶模不能制作精度要求很高的零件，寿命短，通常只能浇铸25～30件。

环氧树脂模具。环氧树脂的导热性极差，用纯环氧树脂制作的模具进行注塑成型时的热量难以散出，解决的办法就是制作环氧树脂的模具特征表面，背后充填导热性好的材料。这样制作的模具具有很好的抗压强度，完全可以用于象注塑成型那样的压力成型，具有研磨性的材料也可以注塑，寿命达数千件。

表面喷涂金属的模具。此种模具用于注射成型的寿命可达2500件左右。研究成果表明，若在母模表面喷涂镍可进一步提高模具使用寿命，因其具有较高表面硬度和耐磨性，抗腐蚀性好，开模后注射成型件容易取出。这样的模具在不到两天时间内就可制作完成。注意这类模具的使用温度不能超过300℃。

三、RP的快速模具制造需解决的问题

利用RP技术发展快速模具制造技术还存在以下主要问题需要解决或者说需要进一步提高。

①表面质量如何满足模具的要求，否则无法承受如注射成型这样的高压。②尺寸精度如何满足模具制造的要求，尤其是制造较大模具时，尺寸更不稳定。③用作母模时的强度，耐热和耐腐蚀性，形状和尺寸的时效问题。④塑料或树脂类模具的导热性很差，导热差虽然带来了可用较低注射压力的好处，但生产周期太长也必须考虑。⑤多数所谓金属模具都需要最后渗铜，这就造成这种金属模具的使用温度不可太高，可能超过500℃就不行了。⑥使用寿命的进一步延长和使用成本的进一步降低。⑦目前所能制造的模具的体积都很小，怎样制造大型模具？⑧受不可缺少的后处理工序的限制，目前还不能制造具有很小细节特征的模具，尤其是具有内凹形状的模具。⑨目前快速成型方法所能成型的材料种类及其有限，需要开发新型材料。

四、结语

快速成型技术的应用已从原型制造发展到模具制造，使传统的模具制造技术焕发出新的活力，同时快速成型技术在快速模具制造领域的成功应用无疑会给快速成型技术的进一步发展注入新的生命力。需要注意的是：

（一）随着快速成型技术的进一步发展，它在小批量生产和单体复制领域还是大有可为的。

（二）快速成型技术对模具制造的贡献，虽然现阶段制作的快速模具质量和寿命还不太尽人意，实践证明仍然可以应用于中小批量的注塑成型和模压铸造，相信快速模具制造技术会在短期内有很大突破。

【参考文献】

[1]赖耀平，刘美坚.基于RP的快速制模技术[J].模具制造，2003（18）

[2]邓明，彭成允.RP技术在模具制造中的应用[J].锻压技术，1999（06）

[3]焦向东，邓双成，张沛.基于快速成型原理的模具制造技术[J].石汕化工高等学校学报，2002（01）

【作者单位：新乡职业技术学院】