《逆向工程及快速成型原理》（课堂PPT）

1、.1逆向工程及快速成型逆向工程及快速成型 RERP主讲：主讲：匡唐清匡唐清华东交大材料工程系华东交大材料工程系.2u主要内容主要内容概论概论软模软模桥模桥模硬模硬模RE & RPRT篇篇.3u快速制模：快速制模：快速模具制造（快速模具制造（Rapid Tooling，简称，简称RT），是），是以以RP为技术支撑而发展起来的新型制造技术。为技术支撑而发展起来的新型制造技术。特点：特点：制模周期短，一般为传统模具制造的制模周期短，一般为传统模具制造的1/31/10 ；工艺简单，易于推广；工艺简单，易于推广；制模成本低（仅为传统制模的制模成本低（仅为传统制模的1/31/5 ）精度和寿命能满足某种特定

2、的功能需要，综合经济精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合经济效益良好。效益良好。概概 论论.4u快速制模：快速制模：方法方法直接法直接法： 优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模具成本较高，适用于样机、样件试制。具成本较高，适用于样机、样件试制。 通过通过SLA SLA 或或SLS SLS 法，直接用树脂、粉末塑料（如法，直接用树脂、粉末塑料（如ABSABS）等）等制成凸、凹模，可以作成薄板的简易冲模，汽车覆盖件成制成凸、凹模，可以作成薄板的简易冲模，汽车覆盖件成形模等。这些简易模具的寿命是形模等。这些简易模具的寿命是50501

3、000 1000 件，适用于产件，适用于产品试制阶段。品试制阶段。 采用特殊的纸质利用采用特殊的纸质利用 LOM 工艺方法可直接制造出纸质模工艺方法可直接制造出纸质模具，坚如硬木，可具，坚如硬木，可耐耐200高温，可用作低熔点合金的模高温，可用作低熔点合金的模具或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡模成形模，还可以具或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡模成形模，还可以代替砂型铸造用的木模。代替砂型铸造用的木模。 用用FDM 法直接制成金属模法直接制成金属模。将不锈钢粉末用。将不锈钢粉末用FDM 法制成法制成金属型后，经过烧结金属型后，经过烧结、渗铜等工艺渗铜等工艺渗铜等工艺渗铜等工艺制成了具有制成了具有

4、复杂冷却液道的注塑模复杂冷却液道的注塑模概概 论论.5u快速制模：快速制模：方法方法间接法间接法： 由快速成形由快速成形或其他途径或其他途径得到得到零件原零件原型型，根据不，根据不同的批量和同的批量和功能要求采功能要求采用合适的工用合适的工艺方法快速艺方法快速翻制翻制得模具得模具概概 论论.6u快速制模快速制模概概 论论.7u软模技术软模技术一般指硅胶模，由一般指硅胶模，由SLA,FDMSLA,FDM，LOMLOM或或SLSSLS制造零件制造零件原型原型，再翻制再翻制硅胶模硅胶模后，向模中灌注双组分树脂，固化后得到后，向模中灌注双组分树脂，固化后得到所需所需零件零件。通过调节树脂中双组分的构成

5、来调整树脂零。通过调节树脂中双组分的构成来调整树脂零件的机械性。件的机械性。u过渡模过渡模( (桥模桥模) )技术技术一般为一般为环氧树脂模具环氧树脂模具，桥模是介于试制用软模与正式生，桥模是介于试制用软模与正式生产模间的一种模具，产模间的一种模具，可直接进行注塑可直接进行注塑生产，使用寿命目生产，使用寿命目标为标为10010010001000个零件，零件用与最终零件生产期望的个零件，零件用与最终零件生产期望的产品材料制成。可产品材料制成。可满足中小批量生产的需要满足中小批量生产的需要u硬模技术硬模技术硬模一般指用硬模一般指用间接方法制造间接方法制造的的金属模具金属模具和用快速成形和用快速成形

6、（金属粉末选择性烧结）（金属粉末选择性烧结）直接制造直接制造的金属模具的金属模具间接法：先利用快速成形技术加工出非金属材料的原型，间接法：先利用快速成形技术加工出非金属材料的原型，然后借助其他技术将这些非金属原型翻制金属零件或金然后借助其他技术将这些非金属原型翻制金属零件或金属模具属模具概概 论论.8u工艺路线工艺路线u原型件的准备（略）原型件的准备（略）u硅橡胶模的结构硅橡胶模的结构u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造u浇注品的制造浇注品的制造u应用应用软软 模模.9u工艺路线工艺路线u硅橡胶模的结构硅橡胶模的结构软软 模模零件三维造型零件三维造型STLSTL文件格式

7、文件格式RPRP原型制造原型制造硅胶模翻制硅胶模翻制树脂件生产树脂件生产.10u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点结构较简单，制作周期短结构较简单，制作周期短 只要工件的原型件，无需昂贵的设备和模架等装置，不必模具只要工件的原型件，无需昂贵的设备和模架等装置，不必模具设计，在几小时内就能完成制模与产品成形。与传统金属模注设计，在几小时内就能完成制模与产品成形。与传统金属模注射成形塑料工件相比，用硅橡胶模能缩短开发周期高达射成形塑料工件相比，用硅橡胶模能缩短开发周期高达90%90%； 成本低成本低 与与CNCCNC机加工的金属模相比，硅橡胶模的制作费用低得多，一机加工的金属模相比，硅橡胶模的制作费用低

8、得多，一般只有金属模的几分之一；般只有金属模的几分之一；弹性好，工件易于脱模弹性好，工件易于脱模 不必添加脱模斜度，工件往往就能脱模，可大大简化模具的设不必添加脱模斜度，工件往往就能脱模，可大大简化模具的设计；计；复印性能好，精度高复印性能好，精度高 硅橡胶的收缩率小，有优良的复印性能，能达到金属模同样的硅橡胶的收缩率小，有优良的复印性能，能达到金属模同样的精度；精度； 软软 模模.11u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点能用于在能用于在室温下浇注室温下浇注高性能的聚氨酯塑料件或蜡件高性能的聚氨酯塑料件或蜡件 反应成形聚氨酯又称为反应成形塑料。它的原材料通常是液态反应成形聚氨酯又称为反应成形塑料。它

9、的原材料通常是液态双组分材料，将这两个组分按一定的比例加以混合，并在室温双组分材料，将这两个组分按一定的比例加以混合，并在室温下浇注到成形模具内，能迅速（几十秒至几分钟内）完成固化下浇注到成形模具内，能迅速（几十秒至几分钟内）完成固化反应反应, 1040min内能脱模，然后内能脱模，然后,一般在一般在80下经几小时保温，下经几小时保温，可完全固化成高性能的塑料件（如可完全固化成高性能的塑料件（如ABS工件），这种成形塑料工件），这种成形塑料件的方法不必采用金属模和热注射成形机，一般称为塑料反应件的方法不必采用金属模和热注射成形机，一般称为塑料反应成形工艺。成形工艺。 广泛应用在广泛应用在新产品

10、的试制新产品的试制中中通常用于成形塑料件，也可用于成形失蜡铸造所需蜡件。普通通常用于成形塑料件，也可用于成形失蜡铸造所需蜡件。普通室温硫化硅橡胶模的使用寿命取决于工件的复杂程度，一般为室温硫化硅橡胶模的使用寿命取决于工件的复杂程度，一般为1020个工件，足够新产品研制的需求。个工件，足够新产品研制的需求。 软软 模模.12u硅橡胶模的缺点硅橡胶模的缺点导热性能差导热性能差寿命短寿命短不能成形真实的零件不能成形真实的零件不能采用热注射工艺成形工件不能采用热注射工艺成形工件软软 模模.13u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造原材料原材料双组分室温硫化有机硅橡胶双组分室温硫化有机硅橡胶 聚合型：固化时产生

11、副生成物，收缩率较大聚合型：固化时产生副生成物，收缩率较大 缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在模具制造过程中易缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在模具制造过程中易撕裂，难于成型花纹深、形状复杂的模具；成型过程中由于撕裂，难于成型花纹深、形状复杂的模具；成型过程中由于缩合交联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模具在受热时缩合交联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模具在受热时硅橡胶降解老化，同时由于乙醇的排出也使得硫化胶的体积硅橡胶降解老化，同时由于乙醇的排出也使得硫化胶的体积收缩，影响模具的尺寸缩小。收缩，影响模具的尺寸缩小。 因此，常用在塑料或人造革生产中的高频压花模具，或尺寸因此，常用在塑料或

12、人造革生产中的高频压花模具，或尺寸要求不高的工艺品制造。要求不高的工艺品制造。 加成型加成型： 由于采用加成硫化体系，在成型过程中不产生低分子化合物，由于采用加成硫化体系，在成型过程中不产生低分子化合物，因而具有低得线性收缩率，胶料可以深部固化，且物理、力因而具有低得线性收缩率，胶料可以深部固化，且物理、力学性能和耐热老化性能优异，适用于制造精密模具和铸造模学性能和耐热老化性能优异，适用于制造精密模具和铸造模具，且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真性好。具，且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真性好。 成为成为模具硅橡胶的主导模具硅橡胶的主导软软 模模.14u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造设备设备

13、真空浇注机真空浇注机 真空的作用是提供真空环境，排除液态材料中混入的空气或湿气，真空的作用是提供真空环境，排除液态材料中混入的空气或湿气，避免在浇注件中出现气泡。避免在浇注件中出现气泡。反应注射机反应注射机 压力和流量比较大，适合反应成形中大型塑料件，但是，往往难压力和流量比较大，适合反应成形中大型塑料件，但是，往往难于在真空环境下成形，所以应注意设法排除塑料件中的气泡于在真空环境下成形，所以应注意设法排除塑料件中的气泡 软软 模模真空浇注机真空浇注机浇注浇注 反应注射机反应注射机.15u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤软软 模模由于由于RP技术生产出来的原型材料与硅技术生产出来的原型材料

14、与硅橡胶不发生反应，制造过程中没有经过橡胶不发生反应，制造过程中没有经过变形，也不会产生褶皱，能够生产出与变形，也不会产生褶皱，能够生产出与精密塑料件一样的表面质量。精密塑料件一样的表面质量。.16u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤原型表面处理原型表面处理 RPRP原型一般存在台阶纹或缝隙，需进行打磨和防渗与强化处理原型一般存在台阶纹或缝隙，需进行打磨和防渗与强化处理等以提高原型的表面光滑程度和抗湿性与抗热性等。只有原型等以提高原型的表面光滑程度和抗湿性与抗热性等。只有原型表面足够光滑，才能保证制作的硅胶模型腔的光洁度，进而确表面足够光滑，才能保证制作的硅胶模型腔的光洁度，进而确保翻制的产

15、品具有较高的表面质量和便于从硅胶模中取出。保翻制的产品具有较高的表面质量和便于从硅胶模中取出。软软 模模制作型框和固定原型制作型框和固定原型 依据原型的几何尺寸和硅胶模使用依据原型的几何尺寸和硅胶模使用要求设计浇注型框的形状和尺寸，要求设计浇注型框的形状和尺寸，型框的尺寸应适中。型框的尺寸应适中。 在固定原型之前，需确定分型面和在固定原型之前，需确定分型面和浇口的位置，这直接影响着浇注产浇口的位置，这直接影响着浇注产品能否顺利脱模和产品浇注质量的品能否顺利脱模和产品浇注质量的好坏。当分型面和浇道选定并处理好坏。当分型面和浇道选定并处理完毕后，便将原型固定于型框中。完毕后，便将原型固定于型框中。

16、.17u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤硅橡胶计量、混合并真空脱泡硅橡胶计量、混合并真空脱泡 硅橡胶用量应根据所制作的型框尺寸和硅橡硅橡胶用量应根据所制作的型框尺寸和硅橡胶的比重准确计量。将计量好的硅橡胶添入胶的比重准确计量。将计量好的硅橡胶添入适当比例的硬化剂，搅拌均匀后进行真空脱适当比例的硬化剂，搅拌均匀后进行真空脱泡。脱泡时间应根据达到的真空度来掌握。泡。脱泡时间应根据达到的真空度来掌握。硅橡胶浇注及固化硅橡胶浇注及固化 硅橡胶混合体真空脱泡后浇注到已固定好原硅橡胶混合体真空脱泡后浇注到已固定好原型的型框中。型的型框中。 浇注后，为确保充填完好，再次真空脱泡。浇注后，为确保充填完好，

17、再次真空脱泡。 脱泡的目的脱泡的目的是抽出浇注过程中掺入硅胶中的是抽出浇注过程中掺入硅胶中的气体和封闭于原型空腔中的气体，此次脱泡气体和封闭于原型空腔中的气体，此次脱泡的时间应比浇注前的脱泡时间适当加长，具的时间应比浇注前的脱泡时间适当加长，具体时间应根据所选用的硅橡胶材料的可操作体时间应根据所选用的硅橡胶材料的可操作时间和原型大小而定。时间和原型大小而定。 脱泡后，硅胶模可自行硬化或加温硬化。加脱泡后，硅胶模可自行硬化或加温硬化。加温硬化可缩短硬化时间。温硬化可缩短硬化时间。软软 模模.18u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤拆除型框、刀剖开模并取出原型拆除型框、刀剖开模并取出原型 当硅胶

18、模硬化后，即可将型框拆除并去掉浇当硅胶模硬化后，即可将型框拆除并去掉浇道棒等。道棒等。 参照原型分型面的标记进行刀剖开模，将原参照原型分型面的标记进行刀剖开模，将原型取出型取出 对硅胶模的型腔进行必要清理，便可利用所对硅胶模的型腔进行必要清理，便可利用所制作的硅橡胶模具在真空状态下进行树脂或制作的硅橡胶模具在真空状态下进行树脂或塑料产品的制造塑料产品的制造软软 模模拆除型框拆除型框刀剖开模刀剖开模取出原型清理后合模取出原型清理后合模小件树脂产品硅小件树脂产品硅胶模的制作流程胶模的制作流程关公硅胶关公硅胶模制作模制作.19u产品制造产品制造原材料原材料聚氨酯材料聚氨酯材料 硬质材料（类硬质材料（

19、类ABS）、半硬质材料（类）、半硬质材料（类PP，PE，PC，PMMA）和弹性材料（类橡胶）和弹性材料（类橡胶） 操作时间操作时间35m，离模时间，离模时间1h制造过程制造过程通过改变树脂中双组分的构成来调整树脂零件的机通过改变树脂中双组分的构成来调整树脂零件的机械性能械性能模具寿命为模具寿命为2050件树脂零件件树脂零件软软 模模.20u产品制造产品制造制造过程制造过程软软 模模.21u产品制造产品制造制造过程制造过程预热预热 预热硅橡胶模和原材料（液态双组分聚氨酯）预热硅橡胶模和原材料（液态双组分聚氨酯）合模合模 用大号订书机沿分模面顺序订压订书钉，缠绕一圈胶带，用大号订书机沿分模面顺序订

20、压订书钉，缠绕一圈胶带，使上下半模良好密封，防止浇注时液态材料从分模面溢出使上下半模良好密封，防止浇注时液态材料从分模面溢出抽真空抽真空 将硅橡胶模放入真空浇注机，排除模具型腔中的气体将硅橡胶模放入真空浇注机，排除模具型腔中的气体浇注浇注 通过控制系统，将通过控制系统，将A A杯内的固化剂注入杯内的固化剂注入B B杯，混合器开始进杯，混合器开始进行搅拌，然后，使行搅拌，然后，使B B杯中已混合的液态材料通过漏斗徐徐杯中已混合的液态材料通过漏斗徐徐注入模具的型腔注入模具的型腔软软 模模.22u产品制造产品制造制造过程制造过程固化固化 待硅橡胶模中的液态材料初步固化后，将模具放入烘箱，待硅橡胶模中

21、的液态材料初步固化后，将模具放入烘箱，在在70707575下加热，使液态材料完全固化下加热，使液态材料完全固化取件取件 取出硅橡胶模，去除模具上的胶带与订书钉，用压缩空气取出硅橡胶模，去除模具上的胶带与订书钉，用压缩空气枪向模具的浇口吹气，分开上下半模，取出塑料件。枪向模具的浇口吹气，分开上下半模，取出塑料件。后处理后处理软软 模模.23u应用应用可用于快速成形塑料件（最普遍）或蜡件，这可用于快速成形塑料件（最普遍）或蜡件，这些成形件不仅是一般的塑料件，而且可以是大些成形件不仅是一般的塑料件，而且可以是大型、复杂、高性能、高透明度、高精细度的塑型、复杂、高性能、高透明度、高精细度的塑料件料件

22、软软 模模汽车保险杠汽车保险杠ABSABS塑料件塑料件 硬塑料件、透明塑料件硬塑料件、透明塑料件和弹性塑料件和弹性塑料件 .24u软模软模应用应用软软 模模形状复杂的塑料件及其硅橡胶模形状复杂的塑料件及其硅橡胶模 硅橡胶模和浇注的弹性件硅橡胶模和浇注的弹性件 有许多密集小孔的网格式塑料件有许多密集小孔的网格式塑料件 硅橡胶模与浇注的蜡模硅橡胶模与浇注的蜡模 用硅橡胶模浇注的透明光学件用硅橡胶模浇注的透明光学件 .25u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模Composite Aluminum-Filled Epoxy, CAFE制模材料：铝基复合材料填充铝粉的环氧树制模材料：铝基复合材料填充铝粉的环

23、氧树脂脂uSLASLA成形的成形的树脂壳树脂壳铝填充环氧树脂衬模铝填充环氧树脂衬模成形部分采用成形部分采用SLASLA成形的型芯成形的型芯/ /型腔壳型腔壳采用铝填充环氧树脂填充壳背面采用铝填充环氧树脂填充壳背面桥桥 模模.26u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺模型准备模型准备 首先，真实功能零件制造中可能存在材料的首先，真实功能零件制造中可能存在材料的收缩收缩，因此，因此，原型的形状和尺寸应该适当修正以补偿材料收缩引起的变原型的形状和尺寸应该适当修正以补偿材料收缩引起的变形。形。 另一个问题是由制模方法所决定的，用于制造环氧树脂模另一个问题是由制模方法所决定的，用于制造环氧树

24、脂模具的快速原型应带有适当的具的快速原型应带有适当的拔模斜度拔模斜度。 首先由快速成形技术制作原型（实际最终零件）用作母模，首先由快速成形技术制作原型（实际最终零件）用作母模，作为母模的原型件必须经过作为母模的原型件必须经过表面打磨和抛光表面打磨和抛光桥桥 模模.27u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺底座制作底座制作并并固定原型固定原型 底座的制作要保证与模型及分型面相吻合，底座可以由一底座的制作要保证与模型及分型面相吻合，底座可以由一些容易刻凿的材料像木材、金属、塑料、玻璃、石膏、甚些容易刻凿的材料像木材、金属、塑料、玻璃、石膏、甚至耐火泥制作。至耐火泥制作。 固定好模型后，

25、进行模框搭建。当环氧树脂模具需要用模固定好模型后，进行模框搭建。当环氧树脂模具需要用模框加强时，模框应当用金属制作，并且模框内部应尽可能框加强时，模框应当用金属制作，并且模框内部应尽可能粗糙，以增大环氧树脂与模框的粘接强度。粗糙，以增大环氧树脂与模框的粘接强度。桥桥 模模.28u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺涂脱模剂涂脱模剂 为了顺利脱模，模型及分模面必须涂脱模剂。脱模剂应该为了顺利脱模，模型及分模面必须涂脱模剂。脱模剂应该涂得尽可能地薄，并且尽可能均匀地涂涂得尽可能地薄，并且尽可能均匀地涂2 23 3遍，以防止漏遍，以防止漏涂和涂不均匀。然而，起增强作用的金属模框和一些镶嵌

26、涂和涂不均匀。然而，起增强作用的金属模框和一些镶嵌件不能涂脱模剂。有时，为了使其与环氧树脂连接更好，件不能涂脱模剂。有时，为了使其与环氧树脂连接更好，还应打毛其表面，或将其作为镶嵌结构。将环氧树脂与固还应打毛其表面，或将其作为镶嵌结构。将环氧树脂与固化剂和填料及附加物金属粉末等均匀混合，混合过程中必化剂和填料及附加物金属粉末等均匀混合，混合过程中必须仔细搅拌，尽可能地防止混进气体。采用真空混料机可须仔细搅拌，尽可能地防止混进气体。采用真空混料机可以有效地防止气体的混入。以有效地防止气体的混入。桥桥 模模.29u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺浇注树脂浇注树脂 脱模剂喷洒完毕后，

27、将混合好的填充物浇注到型框内，应脱模剂喷洒完毕后，将混合好的填充物浇注到型框内，应掌握浇注速度尽量均匀，并尽可能使环氧树脂混合料从模掌握浇注速度尽量均匀，并尽可能使环氧树脂混合料从模框的最低点进入。框的最低点进入。去除底座去除底座并进行并进行另一半模的制作另一半模的制作 待树脂混合物基本固化后，将模具小心的翻转过来并移走待树脂混合物基本固化后，将模具小心的翻转过来并移走底座，搭建另一半模的模框，喷洒脱膜剂，同样过程浇注底座，搭建另一半模的模框，喷洒脱膜剂，同样过程浇注另一半模具。另一半模具。桥桥 模模.30u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺树脂硬化并脱模树脂硬化并脱模 待树脂完

28、全固化后，移走型框，将上下待树脂完全固化后，移走型框，将上下半模放入后处理的炉子内加热并保温。半模放入后处理的炉子内加热并保温。 环氧树脂的硬化过程可以在一定环氧树脂的硬化过程可以在一定压力压力下下进行。实践证实，压力条件下进行硬化进行。实践证实，压力条件下进行硬化可以防止气孔的产生，并可提高材料的可以防止气孔的产生，并可提高材料的致密度以及模具的精度和表面光洁度。致密度以及模具的精度和表面光洁度。由于光固化树脂的力学性能较低，而且由于光固化树脂的力学性能较低，而且大部分做成中空结构（为了提高制造速大部分做成中空结构（为了提高制造速度并节约树脂材料），因此压力不能太度并节约树脂材料），因此压力

29、不能太高。高。 硬化过程最好在硬化过程最好在6060以下，因为光固化以下，因为光固化树脂材料的玻璃化转变温度一般在树脂材料的玻璃化转变温度一般在60806080之间。之间。 当环氧树脂完全硬化后，采用顶模杆或当环氧树脂完全硬化后，采用顶模杆或专用起模装置将原型从树脂模具中取出，专用起模装置将原型从树脂模具中取出，如图所示。如图所示。桥桥 模模.31u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺模具修整并组装模具修整并组装 如果环氧树脂模具上存在个别小的缺陷，可以进行手工修如果环氧树脂模具上存在个别小的缺陷，可以进行手工修整。修整包括局部环氧树脂补贴和钳工打磨等。当上下半整。修整包括局部环氧

30、树脂补贴和钳工打磨等。当上下半模修整完毕后，便可以与标准的或预先设计并加工好的模模修整完毕后，便可以与标准的或预先设计并加工好的模架进行装配，完成环氧树脂模具的制作，交付使用。架进行装配，完成环氧树脂模具的制作，交付使用。桥桥 模模.32u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺正母模正母模 一个工步一个工步 母模、树脂模都较硬，对较复杂零件必须适当增加拔模斜母模、树脂模都较硬，对较复杂零件必须适当增加拔模斜度，保证顺利脱模度，保证顺利脱模负母模中间硅橡胶软模负母模中间硅橡胶软模 负母模设计、制造较困难负母模设计、制造较困难 易于脱模易于脱模 二工步，尺寸误差增大二工步，尺寸误差增大正

31、母模两次中间硅橡胶软模正母模两次中间硅橡胶软模 工序较多，尺寸误差增大工序较多，尺寸误差增大桥桥 模模正母模正母模：形状与最终零件：形状与最终零件相同，考虑了收缩补偿相同，考虑了收缩补偿负母模负母模：形状与最终零件：形状与最终零件相反，考虑了收缩补偿相反，考虑了收缩补偿.33u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造过程（正母模）制造过程（正母模）有真空条件有真空条件 制造母模和分型板制造母模和分型板 母模表面涂覆脱模剂母模表面涂覆脱模剂 母模、分型板置于型框中母模、分型板置于型框中 设置冷却管设置冷却管 配备模具材料（精细研磨铝粉和双组分热固性环氧树脂），配备模具材料（精细研磨铝粉和双组分热固性

32、环氧树脂），真空脱泡真空脱泡 真空浇注，固化真空浇注，固化 拆分，重复过程浇注另一半模拆分，重复过程浇注另一半模 检查型芯型腔检查型芯型腔 定位、加工浇注孔、安装推料板定位、加工浇注孔、安装推料板/ /推料杆推料杆/ /冷却管、装配至冷却管、装配至标准模架标准模架 热塑性塑料注射成型热塑性塑料注射成型桥桥 模模.34u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模特点特点与传统注塑模相比，省略了模具设计、数控加工和与传统注塑模相比，省略了模具设计、数控加工和热处理三个耗时费钱的过程，成本大大降低，生产热处理三个耗时费钱的过程，成本大大降低，生产周期大大缩短；周期大大缩短；模具寿命可达模具寿命可达100100

33、10001000件，对形状简单零件可达件，对形状简单零件可达50005000件，可满足中、小批量生产需要。件，可满足中、小批量生产需要。桥桥 模模.35uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模模Direct AIM方法方法（20世纪世纪90年代中期年代中期3D Systems公司；公司；AIMACES Injection Molding；ACESAccurate Clear Epoxy Solid，一种，一种SLA快速成形工艺）快速成形工艺）：在在 300下直接把热塑性塑料注入一种玻璃化下直接把热塑性塑料注入一种玻璃化温度为温度为65 -85 的的SL光敏树脂制成

34、的光敏树脂制成的ACES模腔中，得到塑料零件。模腔中，得到塑料零件。桥桥 模模.36uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模模Direct AIM方法：方法：要有较长的注塑循环周期，合适的脱模剂和拔模斜要有较长的注塑循环周期，合适的脱模剂和拔模斜度度成型周期长成型周期长45min（树脂热导率低）（树脂热导率低）大型大型ACES镶块的快速成形时间长镶块的快速成形时间长3040hDirect AIM镶块的物理强度不高镶块的物理强度不高Direct AIM模具表面较软，抗磨损性较差模具表面较软，抗磨损性较差桥桥 模模.37uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬成形的树脂

35、壳铝填充环氧树脂背衬模模ACESACES型芯型芯/ /型腔壳背衬填充型腔壳背衬填充AFE/AlAFE/Al更短的更短的SLASLA制造时间制造时间更有效的热导率更有效的热导率更好的抗压强度更好的抗压强度更低的成本更低的成本注塑循环周期缩短注塑循环周期缩短模具寿命延长模具寿命延长桥桥 模模.38u直接制造直接制造金属粉末金属粉末SLSSLS成形直接制造金属模具，但目前成形直接制造金属模具，但目前精精度难以满足要求度难以满足要求u间接制造间接制造先利用快速成形技术加工出非金属材料的先利用快速成形技术加工出非金属材料的原型原型，然后借助其他技术将其然后借助其他技术将其翻制翻制成金属零件或金属成金属零

36、件或金属模具模具硬硬 模模.39硬硬 模模.40u直接加工金属模具直接加工金属模具SLSSLS烧结烧结单一金属粉末直接烧结，一般为青铜基粉末单一金属粉末直接烧结，一般为青铜基粉末熔点差异较大的两种金属粉末烧结液相烧结熔点差异较大的两种金属粉末烧结液相烧结金属粉末金属粉末/ /树脂烧结降解聚合物高温二次烧结树脂烧结降解聚合物高温二次烧结渗金属渗金属LOMLOM成形成形成形材料为金属箔，可直接加工出铸造用成形材料为金属箔，可直接加工出铸造用EPSEPS气化模气化模FDMFDM成形成形成形材料为金属材料成形材料为金属材料硬硬 模模.41uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolT

37、M法快速制模技术由美国法快速制模技术由美国3D Systems公司开发公司开发成功，后转让给美国成功，后转让给美国Keltool公司。公司。KeltoolTM法制模法制模技术实际上是一种技术实际上是一种粉末冶金工艺粉末冶金工艺。KeltoolTM法基本原理及工艺流程法基本原理及工艺流程首先以三维首先以三维CADCAD软件设计概念原型（包括型腔和型芯）并保软件设计概念原型（包括型腔和型芯）并保存为存为STLSTL文件，然后将文件，然后将STLSTL格式文件传送至快速原型系统来制格式文件传送至快速原型系统来制造原始造原始原型原型；然后利用原始原型制得然后利用原始原型制得硅橡胶软模硅橡胶软模；接下来

38、在真空无压状态下向硅橡胶软模内接下来在真空无压状态下向硅橡胶软模内浇注浇注由两种不同成由两种不同成分，不同粒径组成的分，不同粒径组成的双形态混合金属粉末双形态混合金属粉末与与有机树脂粘结剂有机树脂粘结剂按一定比例组成的混合物，按一定比例组成的混合物，固化原型固化原型后制得待烧结坯；后制得待烧结坯；然后将待烧结坯放置于有氢气气氛的烧结炉内进行然后将待烧结坯放置于有氢气气氛的烧结炉内进行烧结烧结，在，在烧结过程的低温阶段，粘结剂被烧除并由流动的氢气带走；烧结过程的低温阶段，粘结剂被烧除并由流动的氢气带走；硬硬 模模.42uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法基本原理及

39、工艺流程法基本原理及工艺流程(续续)再继续升温烧结，将纯金属粉末烧结在一起，从而制得孔隙再继续升温烧结，将纯金属粉末烧结在一起，从而制得孔隙分布均匀的骨架状坯体；分布均匀的骨架状坯体；最后，向骨架状坯体中渗入另一种金属（一般为铜），使之最后，向骨架状坯体中渗入另一种金属（一般为铜），使之成为完全致密的金属模具。由此工艺所制得的金属钢质硬模成为完全致密的金属模具。由此工艺所制得的金属钢质硬模一般为一般为70%的双形态混合金属和的双形态混合金属和30%的铜，其硬度可以因双的铜，其硬度可以因双形态混合金属的成分不同而不同。比如由形态混合金属的成分不同而不同。比如由A6模钢粉末及碳化模钢粉末及碳化钨粉

40、末组成的双形态混合铁粉作为基体并经过渗铜致密和热钨粉末组成的双形态混合铁粉作为基体并经过渗铜致密和热处理后得到的钢质硬模，硬度可达处理后得到的钢质硬模，硬度可达46-50Rc。硬硬 模模.43uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术硬硬 模模.44uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的材料法的材料一般使用以一般使用以WC粉末粉末和和A6工具钢粉末工具钢粉末组成的组成的双形态混合粉末双形态混合粉末为为基体材料，精细研磨的基体材料，精细研磨的WC颗粒，直径约为颗粒，直径约为1-4m（平均有效（平均有效粒径为粒径为2.5m），一般为多边形或粒状；），一般为多边

41、形或粒状；A6工具钢粉末直径为工具钢粉末直径为20-38m（平均有效粒径为（平均有效粒径为27m）。与简单地采用单一形态的）。与简单地采用单一形态的粉末相比，这种双形态混合颗粒的优点如下：粉末相比，这种双形态混合颗粒的优点如下： 粗细粒径比大于粗细粒径比大于7，因此双形态包的，因此双形态包的密度高密度高得多。得多。 精细的精细的WC颗粒能填充较大颗粒能填充较大A6工具钢颗粒之间的空隙。工具钢颗粒之间的空隙。 粘结剂的密度小的多，在还原炉中需要去除的粘结剂的密度小的多，在还原炉中需要去除的粘结剂较少粘结剂较少。 烧结过程中烧结过程中平均收缩率较小，提高精度平均收缩率较小，提高精度。 充分发挥了各

42、组分的特点充分发挥了各组分的特点，粒径较小的，粒径较小的WC颗粒能提高表面光洁度，且能颗粒能提高表面光洁度，且能改善镶块的耐磨性，粒径较大的改善镶块的耐磨性，粒径较大的A6工具钢颗粒则可以提供良好的韧性。工具钢颗粒则可以提供良好的韧性。 硬硬 模模.45uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的工艺特点法的工艺特点 以以KeltoolTM制成的耐用钢模材料为制成的耐用钢模材料为70% A6工具钢工具钢粉末及粉末及碳化碳化钨钨和和30%铜铜，A6模钢有良好的抗磨和低扭曲性，而碳化钨的硬模钢有良好的抗磨和低扭曲性，而碳化钨的硬度和耐久性极佳，铜原料则能够提高强度和导热率

43、。度和耐久性极佳，铜原料则能够提高强度和导热率。其硬度为其硬度为30-34Rc，热处理后为，热处理后为46-50Rc，具有，具有非常好的模具寿非常好的模具寿命命，可达，可达1百万件以上。百万件以上。工艺流程简单，制作快速。工艺流程简单，制作快速。只要温度控制精确，可以将只要温度控制精确，可以将烧结和渗铜连续进行烧结和渗铜连续进行，节约成本，节约成本，缩短制作时间，而且减少因温度变化而引起的收缩和变形。缩短制作时间，而且减少因温度变化而引起的收缩和变形。硬硬 模模.46uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的法的工艺特点工艺特点 所需材料要求粒度较细，且对粘结剂的粘

44、结性、流动性、固化所需材料要求粒度较细，且对粘结剂的粘结性、流动性、固化性等性能有很严格的要求。性等性能有很严格的要求。所用母模（模具负型）没有足够的强度和硬度，故所用母模（模具负型）没有足够的强度和硬度，故成形的模具成形的模具精度不够高精度不够高。模具模具生产周期较长生产周期较长，平均为，平均为4周，其中制作型芯件需要周，其中制作型芯件需要810天天，而且型芯件的尺寸较小，一般在，而且型芯件的尺寸较小，一般在152mm203mm101mm以下。以下。 硬硬 模模.47uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的法的应用应用适合生产适合生产低公差、精细低公差、精细的模

45、具，的模具，其尺寸精度为其尺寸精度为250mm土土0.04mm。硬硬 模模a) Keltool型腔型腔 b) Keltool型腔固定于模架上型腔固定于模架上.48uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM法制模技术也称为法制模技术也称为间接金属粉末激光烧结间接金属粉末激光烧结制模制模，是由美国，是由美国DTM公司开发的一种用于快速模具的公司开发的一种用于快速模具的粉末成型技术。该成型技术是依据粉末成型技术。该成型技术是依据Texas大学获得的专大学获得的专利技术为基础致力于粉末类快速原型机器的研发与生利技术为基础致力于粉末类快速原型机器的研发与生产之后开发成功

46、的。产之后开发成功的。RapidToolTM工艺原理及流程工艺原理及流程利用利用COCO2 2激光照射激光照射外层包有粘结剂的金属粉末外层包有粘结剂的金属粉末使粉末粘结成为使粉末粘结成为半成品。粘结剂为热塑性聚合物，颗粒粒径约为半成品。粘结剂为热塑性聚合物，颗粒粒径约为5m5m，被预，被预先包裹在低碳钢粉颗粒上；低碳钢粉颗粒粒径约为先包裹在低碳钢粉颗粒上；低碳钢粉颗粒粒径约为55m55m。粘粘结剂熔化后使钢粉颗粒固定在一起成为半成品结剂熔化后使钢粉颗粒固定在一起成为半成品。半成品强度。半成品强度仅为仅为3MPa3MPa，因此必须小心处理，以免损伤薄弱部位。，因此必须小心处理，以免损伤薄弱部位。

47、 将半成品进行将半成品进行烧结处理烧结处理。将半成品置于含有。将半成品置于含有25%25%氢气和氢气和75%75%氮氮气的电炉中。炉温大约在气的电炉中。炉温大约在700700时，时，粘结剂几乎全部被去除粘结剂几乎全部被去除。氧化过程存在少量的碳渣，它会起胶粘作用，暂时协助粘合氧化过程存在少量的碳渣，它会起胶粘作用，暂时协助粘合钢粉颗粒。这样烧结后制得含有钢粉颗粒。这样烧结后制得含有60%60%体积金属，以及体积金属，以及40%40%体积体积空隙的钢骨架半成品。空隙的钢骨架半成品。硬硬 模模.49uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺原理及流程（续）工艺

48、原理及流程（续）将钢骨架半成品进行将钢骨架半成品进行渗铜处理渗铜处理。继续将钢骨架半成品放入充。继续将钢骨架半成品放入充以以70%70%氮气和氮气和30%30%氦气的加热炉内，并在适当位置摆设铜砖，氦气的加热炉内，并在适当位置摆设铜砖，之后，升温至铜的熔点以上，低碳钢颗粒的熔点之下，大约之后，升温至铜的熔点以上，低碳钢颗粒的熔点之下，大约11201120时，在制品下面的铜砖开始熔化并因毛细管现象渗入时，在制品下面的铜砖开始熔化并因毛细管现象渗入钢骨架中因粘结剂蒸发所遗留下来的空隙，得到无孔隙的全钢骨架中因粘结剂蒸发所遗留下来的空隙，得到无孔隙的全致密的模具。致密的模具。最后再将此全致密的模具进

49、行一些最后再将此全致密的模具进行一些后处理后处理的工作如加工入料的工作如加工入料孔、冷却水孔、顶出孔等，便完成了用于注射成型模具型芯孔、冷却水孔、顶出孔等，便完成了用于注射成型模具型芯的制作，然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进的制作，然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进行批量制品的生产。行批量制品的生产。 硬硬 模模.50uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺原理及流程（续）工艺原理及流程（续）硬硬 模模.51uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺特点工艺特点该方法所得到的型芯由该方法所得到的

50、型芯由60%的钢和的钢和40%的铜所组成，在炉中的的铜所组成，在炉中的总线收缩率为总线收缩率为2.53.5%，硬度可达，硬度可达HRC27，材料机械性能优，材料机械性能优于于Al7075，寿命可超过，寿命可超过50000件。件。优点优点 制作过程快速制作过程快速(约约515工作日工作日)； 模具型芯中含有模具型芯中含有40%或或45%的铜，注射模具的的铜，注射模具的冷却效果好冷却效果好，循环，循环时间可大大缩短；时间可大大缩短； 模具模具寿命长寿命长； 可使用传统工具进行机加工。可使用传统工具进行机加工。 缺点缺点 是在是在1120渗铜时会因渗铜时会因高温导致制件变形高温导致制件变形。 硬硬

51、模模.52uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM制模材料及设备制模材料及设备DTM公司的公司的Sinterstation2500快速成型系统所使用材料最初是快速成型系统所使用材料最初是一些热塑性材料，如一些热塑性材料，如PVC、PC、尼龙、蜡粉，以及用于制作、尼龙、蜡粉，以及用于制作壳型熔模铸造模型的材料，后来成型材料又扩展，现在可以壳型熔模铸造模型的材料，后来成型材料又扩展，现在可以成型的材料包括三大类：丙烯酸基粉末（成型的材料包括三大类：丙烯酸基粉末（True Form PM）、）、由尼龙与玻璃珠强化尼龙组成的合成材料、聚合粘结剂预包由尼龙与玻璃珠强化

52、尼龙组成的合成材料、聚合粘结剂预包裹的低碳钢粉粒（例如：裹的低碳钢粉粒（例如：Rapid Steel2.0）。）。硬硬 模模.53uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺应用工艺应用硬硬 模模 RapidtoolTM制模工艺制作的模具型芯制模工艺制作的模具型芯 .54uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺应用工艺应用硬硬 模模RapidToolTM工艺注塑模与传统工艺注塑模对比表工艺注塑模与传统工艺注塑模对比表模具类型模具类型模具成本模具成本/美元美元模具开发周模具开发周期期/周周模具寿命模具寿命/件件每件注塑件

53、的每件注塑件的成本成本/美元美元RapidToolTM注注塑模塑模20,0006750004.00传统注塑模传统注塑模60,0001618250,0000.24*数据源自数据源自Ford汽车制造公司汽车制造公司.55uDirect ToolTM法快速制模技术法快速制模技术DirectToolTM法制模技术也称为法制模技术也称为直接金属粉末激光烧结直接金属粉末激光烧结制模制模（Direct Metal Laser Sintering，DMLS，DirectToolTM），是利用德国），是利用德国EOS公司的选择性激光烧公司的选择性激光烧结结SLS设备直接进行金属模具的制造技术。设备直接进行金属模

54、具的制造技术。DirectToolTM工艺原理及流程工艺原理及流程与与RapidToolTM大体相似。不同的是该工艺材料使用范围极其大体相似。不同的是该工艺材料使用范围极其有限，所用材料为有限，所用材料为纯金属粉末纯金属粉末，烧结坯不是靠有机粘结剂来，烧结坯不是靠有机粘结剂来粘结，而是靠金属粉末的粘结，而是靠金属粉末的扩散而粘结扩散而粘结在一起的，所以其烧结在一起的，所以其烧结的激光器所需功率比较大，一般至少在的激光器所需功率比较大，一般至少在200W以上。以上。同样截面的轮廓，计算机据此信息有选择性地烧结粉末材料同样截面的轮廓，计算机据此信息有选择性地烧结粉末材料，形成一系列具有一个微小厚度

55、的片状实体，逐层堆积，形，形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，逐层堆积，形成原型件；然后再成原型件；然后再将原型件渗入适量的环氧树脂将原型件渗入适量的环氧树脂，以提高制，以提高制件的抗弯强度。采用件的抗弯强度。采用DirectToolTM制造的模具寿命可达制造的模具寿命可达15000件以上。件以上。 硬硬 模模.56uDirect ToolTM法快速制模技术法快速制模技术DirectToolTM工艺材料工艺材料DirectMetal 铜铜-镍基混合粉镍基混合粉 该合金混合粉末材料为瑞典该合金混合粉末材料为瑞典Electrolux公司开发的青铜和镍合金公司开发的青铜和镍合金粉末，具体成分为粉末

56、，具体成分为75青铜（青铜（Cu90-Sn10）、）、20镍及镍及5的磷铜，平均粒径为的磷铜，平均粒径为35-40m。在其表面渗透一层高温环氧树脂。在其表面渗透一层高温环氧树脂，或者渗入低熔点金属（如锡），可以得到比较好的效果，可，或者渗入低熔点金属（如锡），可以得到比较好的效果，可以用作注塑模、压铸模等。以用作注塑模、压铸模等。硬硬 模模DirectMetal 20材料制作的门锁材料制作的门锁.57uDirect ToolTM法快速制模技术法快速制模技术DirectToolTM工艺材料工艺材料DirectSteel 钢钢-青铜青铜-镍基混合粉镍基混合粉 DirectSteel 钢钢-青铜青铜

57、-镍基混合粉常用的有镍基混合粉常用的有50-V1、50-V2和和100-V3三种牌号。这种合金粉末材料里面不含有有机成分，粒径约为三种牌号。这种合金粉末材料里面不含有有机成分，粒径约为50m。这种合金粉末不必进行后烧结与渗铜（或锡、高温树脂。这种合金粉末不必进行后烧结与渗铜（或锡、高温树脂等），即可用作注塑模、压铸模等。等），即可用作注塑模、压铸模等。 使用使用50-V1牌号的合金粉末所烧结成型的模具具有牌号的合金粉末所烧结成型的模具具有500MPa的抗拉强的抗拉强度、度、HB6080的硬度，用这种材料烧结的注塑模能注射几千件塑料的硬度，用这种材料烧结的注塑模能注射几千件塑料件，烧结的压铸模能

58、铸造几百件金属件，而模具无任何磨损的痕迹件，烧结的压铸模能铸造几百件金属件，而模具无任何磨损的痕迹。采用附加的表面涂覆处理后，还能进一步提高模具的寿命。采用附加的表面涂覆处理后，还能进一步提高模具的寿命。 牌号为牌号为50-V2的的DirectSteel合金粉末，可以用来制作小批量的功能原合金粉末，可以用来制作小批量的功能原型件，其模具除了有较好的机械性能外，还具有极好的精度和表面型件，其模具除了有较好的机械性能外，还具有极好的精度和表面光洁度。光洁度。 牌号为牌号为100-V3的的DirectSteel合金粉末能够快速地被烧结成为钢质硬合金粉末能够快速地被烧结成为钢质硬模，并有较好的机械性能

59、，较高的精度，以及良好的内部结构和表模，并有较好的机械性能，较高的精度，以及良好的内部结构和表面光洁度。面光洁度。 硬硬 模模.58uDirect ToolTM法快速制模技术法快速制模技术DirectToolTM工艺材料工艺材料DirectSteel 钢钢-青铜青铜-镍基混合粉镍基混合粉硬硬 模模以以DirectSteel合金粉为材料制作的高尔夫球模具及制得的高尔夫球合金粉为材料制作的高尔夫球模具及制得的高尔夫球该套模具可以生产两千万个高尔夫球，该套模具可以生产两千万个高尔夫球，比传统的模具提高了比传统的模具提高了20%的生产效率。的生产效率。.59u激光近成型技术激光近成型技术激光近成型技术

60、（激光近成型技术（Laser Engineered Net Shaping, LENSTM）是将）是将激光熔覆技术激光熔覆技术和和快速原型及制造技术相快速原型及制造技术相结合结合的一种先进的制造技术。该技术由美国圣地亚国的一种先进的制造技术。该技术由美国圣地亚国家实验室研究开发，其成型系统主要由激光能源系统家实验室研究开发，其成型系统主要由激光能源系统、金属粉送进系统和惰性环境保护系统组成。、金属粉送进系统和惰性环境保护系统组成。激光近成型技术基本原理激光近成型技术基本原理是在计算机中生成零件的三维是在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该模型按照模型，然后将该模型按照一定的厚度分层一定的