《逆向工程及快速成型原理》讲义-RT篇

逆向工程及快速成型

ReverseEngineering&RapidPrototyping主讲：匡唐清华东交大材材料工程系系主要内容概论软模桥模硬模RE&RP———RT篇快速制模：：快速模具制制造（RapidTooling，简称RT），是以RP为技术支撑撑而发展起起来的新型型制造技术术。特点：制模周期短短，一般为为传统模具具制造的1/3～1/10；工艺简单，，易于推广广；制模成本低低（仅为传传统制模的的1/3～1/5）精度和寿命命能满足某某种特定的的功能需要要，综合经经济效益良良好。概论快速制模：：方法直接法：优点是制模模工艺简单单、精度较较高、工期期短，缺点点是单件模模具成本较较高，适用用于样机、、样件试制制。通过SLA或SLS法，直接用用树脂、粉粉末塑料（（如ABS）等制成凸凸、凹模，，可以作成成薄板的简简易冲模，，汽车覆盖盖件成形模模等。这些些简易模具具的寿命是是50～1000件，适用于于产品试制制阶段。采用特殊的的纸质利用用LOM工艺方方法可直接接制造出纸纸质模具，，坚如硬木木，可耐200℃高温，可用用作低熔点点合金的模模具或试制制用注塑模模以及精密密铸造用的的蜡模成形形模，还可可以代替砂砂型铸造用用的木模。。用FDM法直接制成成金属模。将不锈钢钢粉末用FDM法制成金属属型后，经经过烧结、渗铜等工艺艺渗铜等工工艺制成了具有有复杂冷却却液道的注注塑模概论快速制模：：方法间接法：由快速成形形或其他途途径得到零件原型，根据不同同的批量和和功能要求求采用合适适的工艺方方法快速翻制得模具概论快速制模概论软模技术一般指硅胶胶模，由SLA,FDM，LOM或SLS制造零件原型，再翻制硅胶模后，向模中中灌注双组组分树脂，，固化后得得到所需零件。通过调节节树脂中双双组分的构构成来调整整树脂零件件的机械性性。过渡模(桥模)技术一般为环氧树脂模模具，桥模是介介于试制用用软模与正正式生产模模间的一种种模具，可直接进行行注塑生产，使用用寿命目标标为100－1000个零件，零零件用与最最终零件生生产期望的的产品材料料制成。可可满足中小批批量生产的的需要硬模技术硬模一般指指用间接方法制制造的金属模具和用快速成成形（金属属粉末选择择性烧结））直接制造的金属模具具间接法：先先利用快速速成形技术术加工出非非金属材料料的原型，，然后借助助其他技术术将这些非非金属原型型翻制金属属零件或金金属模具概论工艺路线原型件的准准备（略））硅橡胶模的的结构硅橡胶模的的优点硅橡胶模的的制造浇注品的制制造应用软模工艺路线硅橡胶模的的结构软模零件三维造型STL文件格式RP原型制造硅胶模翻制树脂件生产硅橡胶模的的优点结构较简单单，制作周周期短只要工件的的原型件，，无需昂贵贵的设备和和模架等装装置，不必必模具设计计，在几小小时内就能能完成制模模与产品成成形。与传传统金属模模注射成形形塑料工件件相比，用用硅橡胶模模能缩短开开发周期高高达90%；成本低与CNC机加工的金金属模相比比，硅橡胶胶模的制作作费用低得得多，一般般只有金属属模的几分分之一；弹性好，工工件易于脱脱模不必添加脱脱模斜度，，工件往往往就能脱模模，可大大大简化模具具的设计；；复印性能好好，精度高高硅橡胶的收收缩率小，，有优良的的复印性能能，能达到到金属模同同样的精度度；软模硅橡胶模的的优点能用于在室温下浇注注高性能的聚聚氨酯塑料料件或蜡件件反应成形聚聚氨酯又称称为反应成成形塑料。。它的原材材料通常是是液态双组组分材料，，将这两个个组分按一一定的比例例加以混合合，并在室室温下浇注注到成形模模具内，能能迅速（几几十秒至几几分钟内））完成固化化反应,10～40min内能脱模，，然后,一般在80℃下经几小时时保温，可可完全固化化成高性能能的塑料件件（如ABS工件），这这种成形塑塑料件的方方法不必采采用金属模模和热注射射成形机，，一般称为为塑料反应应成形工艺艺。广泛应用在在新产品的试试制中通常用于成成形塑料件件，也可用用于成形失失蜡铸造所所需蜡件。。普通室温温硫化硅橡橡胶模的使使用寿命取取决于工件件的复杂程程度，一般般为10～20个工件，足足够新产品品研制的需需求。软模硅橡胶模的的缺点导热性能差差寿命短不能成形真真实的零件件不能采用热热注射工艺艺成形工件件软模硅橡胶模的的制造原材料双组分室温温硫化有机机硅橡胶聚合型：固固化时产生生副生成物物，收缩率率较大缩合型模具具硅橡胶的的抗剪切强强度较低，，在模具制制造过程中中易撕裂，，难于成型型花纹深、、形状复杂杂的模具；；成型过程程中由于缩缩合交联反反应产生乙乙醇物质难难以完全排排出，使模模具在受热热时硅橡胶胶降解老化化，同时由由于乙醇的的排出也使使得硫化胶胶的体积收收缩，影响响模具的尺尺寸缩小。。因此此，，常常用用在在塑塑料料或或人人造造革革生生产产中中的的高高频频压压花花模模具具，，或或尺尺寸寸要要求求不不高高的的工工艺艺品品制制造造。。加成成型型：由于于采采用用加加成成硫硫化化体体系系，，在在成成型型过过程程中中不不产产生生低低分分子子化化合合物物，，因因而而具具有有低低得得线线性性收收缩缩率率，，胶胶料料可可以以深深部部固固化化，，且且物物理理、、力力学学性性能能和和耐耐热热老老化化性性能能优优异异，，适适用用于于制制造造精精密密模模具具和和铸铸造造模模具具，，且且模模具具制制造造工工艺艺简简单单，，不不损损伤伤原原型型、、仿仿真真性性好好。。成为为模具具硅硅橡橡胶胶的的主主导导软模硅橡橡胶胶模模的的制制造造设备备真空空浇浇注注机机真空空的的作作用用是是提提供供真真空空环环境境，，排排除除液液态态材材料料中中混混入入的的空空气气或或湿湿气气，，避避免免在在浇浇注注件件中中出出现现气气泡泡。。反应应注注射射机机压力力和和流流量量比比较较大大，，适适合合反反应应成成形形中中大大型型塑塑料料件件，，但但是是，，往往往往难难于于在在真真空空环环境境下下成成形形，，所所以以应应注注意意设设法法排排除除塑塑料料件件中中的的气气泡泡软模真空浇注机浇注

反应注射机硅橡胶模的制制造步骤软模由于RP技术生产出来来的原型材料料与硅橡胶不不发生反应，，制造过程中中没有经过变变形，也不会会产生褶皱，，能够生产出出与精密塑料料件一样的表表面质量。硅橡胶模的制制造步骤原型表面处理理RP原型一般存在在台阶纹或缝缝隙，需进行行打磨和防渗渗与强化处理理等以提高原原型的表面光光滑程度和抗抗湿性与抗热热性等。只有有原型表面足足够光滑，才才能保证制作作的硅胶模型型腔的光洁度度，进而确保保翻制的产品品具有较高的的表面质量和和便于从硅胶胶模中取出。。软模制作型框和固固定原型依据原型的几几何尺寸和硅硅胶模使用要要求设计浇注注型框的形状状和尺寸，型型框的尺寸应应适中。在固定原型之之前，需确定定分型面和浇浇口的位置，，这直接影响响着浇注产品品能否顺利脱脱模和产品浇浇注质量的好好坏。当分型型面和浇道选选定并处理完完毕后，便将将原型固定于于型框中。硅橡胶模的制制造步骤硅橡胶计量、、混合并真空空脱泡硅橡胶用量应应根据所制作作的型框尺寸寸和硅橡胶的的比重准确计计量。将计量量好的硅橡胶胶添入适当比比例的硬化剂剂，搅拌均匀匀后进行真空空脱泡。脱泡泡时间应根据据达到的真空空度来掌握。。硅橡胶浇注及及固化硅橡胶混合体体真空脱泡后后浇注到已固固定好原型的的型框中。浇注后后，为为确保保充填填完好好，再再次真真空脱脱泡。。脱泡的的目的的是抽出出浇注注过程程中掺掺入硅硅胶中中的气气体和和封闭闭于原原型空空腔中中的气气体，，此次次脱泡泡的时时间应应比浇浇注前前的脱脱泡时时间适适当加加长，，具体体时间间应根根据所所选用用的硅硅橡胶胶材料料的可可操作作时间间和原原型大大小而而定。。脱泡后，硅硅胶模可自自行硬化或或加温硬化化。加温硬硬化可缩短短硬化时间间。软模硅橡胶模的的制造步骤拆除型框、、刀剖开模模并取出原原型当硅胶模硬硬化后，即即可将型框框拆除并去去掉浇道棒棒等。参照原型分分型面的标标记进行刀刀剖开模，，将原型取取出对硅胶模的的型腔进行行必要清理理，便可利利用所制作作的硅橡胶胶模具在真真空状态下下进行树脂脂或塑料产产品的制造造软模拆除型框刀剖开模取出原型清理后合模小件树脂产产品硅胶模模的制作流流程关公硅胶模模制作产品制造原材料聚氨酯材料料硬质材料（（类ABS）、半硬质质材料（类类PP，PE，PC，PMMA）和弹性材材料（类橡橡胶）操作时间3－5m，离模时间间1h制造过程通过改变树树脂中双组组分的构成成来调整树树脂零件的的机械性能能模具寿命为为20－50件树脂零件件软模产品制造制造过程软模产品制造制造过程预热预热硅橡胶胶模和原材材料（液态态双组分聚聚氨酯）合模用大号订书书机沿分模模面顺序订订压订书钉钉，缠绕一一圈胶带，，使上下半半模良好密密封，防止止浇注时液液态材料从从分模面溢溢出抽真空将硅橡胶模模放入真空空浇注机，，排除模具具型腔中的的气体浇注通过控制系系统，将A杯内的固化化剂注入B杯，混合器器开始进行行搅拌，然然后，使B杯中已混合合的液态材材料通过漏漏斗徐徐注注入模具的的型腔软模产品制造制造过程固化待硅橡胶模模中的液态态材料初步步固化后，，将模具放放入烘箱，，在70～75℃下加热，使使液态材料料完全固化化取件取出硅橡胶胶模，去除除模具上的的胶带与订订书钉，用用压缩空气气枪向模具具的浇口吹吹气，分开开上下半模模，取出塑塑料件。后处理软模应用可用于快速速成形塑料料件（最普普遍）或蜡蜡件，这些些成形件不不仅是一般般的塑料件件，而且可可以是大型型、复杂、、高性能、、高透明度度、高精细细度的塑料料件软模汽车保险杠ABS塑料件

硬塑料件、透明塑料件和弹性塑料件软模应用软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

有许多密集小孔的网格式塑料件硅橡胶模与浇注的蜡模用硅橡胶模浇注的透明光学件铝填充环氧氧树脂模CompositeAluminum-FilledEpoxy,CAFE制模材料：：铝基复合合材料－填填充铝粉的的环氧树脂脂SLA成形的树脂壳－铝填充环氧氧树脂衬模模成形部分采采用SLA成形的型芯芯/型腔壳采用铝填充充环氧树脂脂填充壳背背面桥模铝填充环氧氧树脂模制造工艺模型准备首先，真实实功能零件件制造中可可能存在材材料的收缩，因此，原原型的形状状和尺寸应应该适当修修正以补偿偿材料收缩缩引起的变变形。另一个问问题是由由制模方方法所决决定的，，用于制制造环氧氧树脂模模具的快快速原型型应带有有适当的的拔模斜度度。首先由快快速成形形技术制制作原型型（实际际最终零零件）用用作母模模，作为为母模的的原型件件必须经经过表面打磨磨和抛光光桥模模铝填充环环氧树脂脂模制造工艺艺底座制作作并固定原型型底座的制制作要保保证与模模型及分分型面相相吻合，，底座可可以由一一些容易易刻凿的的材料像像木材、、金属、、塑料、、玻璃、、石膏、、甚至耐耐火泥制制作。固定好模模型后，，进行模模框搭建建。当环环氧树脂脂模具需需要用模模框加强强时，模模框应当当用金属属制作，，并且模模框内部部应尽可可能粗糙糙，以增增大环氧氧树脂与与模框的的粘接强强度。桥模模铝填充环环氧树脂脂模制造工艺艺涂脱模剂剂为了顺利利脱模，，模型及及分模面面必须涂涂脱模剂剂。脱模模剂应该该涂得尽尽可能地地薄，并并且尽可可能均匀匀地涂2～3遍，以防防止漏涂涂和涂不不均匀。。然而，，起增强强作用的的金属模模框和一一些镶嵌嵌件不能能涂脱模模剂。有有时，为为了使其其与环氧氧树脂连连接更好好，还应应打毛其其表面，，或将其其作为镶镶嵌结构构。将环环氧树脂脂与固化化剂和填填料及附附加物金金属粉末末等均匀匀混合，，混合过过程中必必须仔细细搅拌，，尽可能能地防止止混进气气体。采采用真空空混料机机可以有有效地防防止气体体的混入入。桥模模铝填充环环氧树脂脂模制造工艺艺浇注树脂脂脱模剂喷喷洒完毕毕后，将将混合好好的填充充物浇注注到型框框内，应应掌握浇浇注速度度尽量均均匀，并并尽可能能使环氧氧树脂混混合料从从模框的的最低点点进入。。去除底座座并进行另一半模模的制作作待树脂混混合物基基本固化化后，将将模具小小心的翻翻转过来来并移走走底座，，搭建另另一半模模的模框框，喷洒洒脱膜剂剂，同样样过程浇浇注另一一半模具具。桥模铝填充环氧树树脂模制造工艺树脂硬化并脱脱模待树脂完全固固化后，移走走型框，将上上下半模放入入后处理的炉炉子内加热并并保温。环氧树脂的硬硬化过程可以以在一定压力下进行。实践践证实，压力力条件下进行行硬化可以防防止气孔的产产生，并可提提高材料的致致密度以及模模具的精度和和表面光洁度度。由于光固固化树脂的力力学性能较低低，而且大部部分做成中空空结构（为了了提高制造速速度并节约树树脂材料），，因此压力不不能太高。硬化过程最好好在60℃以下，因为光光固化树脂材材料的玻璃化化转变温度一一般在60~80℃℃之间。当环氧树脂完完全硬化后，，采用顶模杆杆或专用起模模装置将原型型从树脂模具具中取出，如如图所示。桥模铝填充环氧树树脂模制造工艺模具修整并组组装如果环氧树脂脂模具上存在在个别小的缺缺陷，可以进进行手工修整整。修整包括括局部环氧树树脂补贴和钳钳工打磨等。。当上下半模模修整完毕后后，便可以与与标准的或预预先设计并加加工好的模架架进行装配，，完成环氧树树脂模具的制制作，交付使使用。桥模铝填充环氧树树脂模制造工艺正母模一个工步母模、树脂模模都较硬，对对较复杂零件件必须适当增增加拔模斜度度，保证顺利利脱模负母模＋中间间硅橡胶软模模负母模设计、、制造较困难难易于脱模二工步，尺寸寸误差增大正母模＋两次次中间硅橡胶胶软模工序较多，尺尺寸误差增大大桥模正母模：形状与最终终零件相同，，考虑了收缩缩补偿负母模：形状与最终终零件相反，，考虑了收缩缩补偿铝填充环氧树树脂模制造过程（正正母模）有真空条件制造母模和分分型板母模表面涂覆覆脱模剂母模、分型板板置于型框中中设置冷却管配备模具材料料（精细研磨磨铝粉和双组组分热固性环环氧树脂），，真空脱泡真空浇注，固固化拆分，重复过过程浇注另一一半模检查型芯型腔腔定位、加工浇浇注孔、安装装推料板/推料杆/冷却管、装配配至标准模架架热塑性塑料注注射成型桥模铝填充环氧树树脂模特点与传统注塑模模相比，省略略了模具设计计、数控加工工和热处理三三个耗时费钱钱的过程，成成本大大降低低，生产周期期大大缩短；；模具寿命可达达100－1000件，对形状简简单零件可达达5000件，可满足中中、小批量生生产需要。桥模SLA成形的树脂壳壳－铝填充环环氧树脂背衬衬模DirectAIM方法（20世纪90年代中期3DSystems公司；AIM——ACESInjectionMolding；ACES———AccurateClearEpoxySolid，一种SLA快速成形工艺艺）：在300℃下直接把热塑塑性塑料注入入一种玻璃化化温度为65℃-85℃的SL光敏树脂制成成的ACES模腔中，得到到塑料零件。。桥模SLA成形的树脂壳壳－铝填充环环氧树脂背衬衬模DirectAIM方法：要有较长的注注塑循环周期期，合适的脱脱模剂和拔模模斜度成型周期长4－5min（树脂热导率率低）大型ACES镶块的快速成成形时间长30－40hDirectAIM镶块的物理强强度不高DirectAIM模具表面较软软，抗磨损性性较差桥模SLA成形的树脂壳壳－铝填充环环氧树脂背衬衬模ACES型芯/型腔壳＋背衬衬填充AFE/Al更短的SLA制造时间更有效的热导导率更好的抗压强强度更低的成本注塑循环周期期缩短模具寿命延长长桥模直接制造金属粉末SLS成形直接制造造金属模具，，但目前精度难以满足足要求间接制造先利用快速成成形技术加工工出非金属材材料的原型，然后借助其其他技术将其其翻制成金属零件或或金属模具硬模硬模直接加工金金属模具SLS烧结单一金属粉粉末直接烧烧结，一般般为青铜基基粉末熔点差异较较大的两种种金属粉末末烧结＋液液相烧结金属粉末/树脂烧结＋＋降解聚合合物＋高温温二次烧结结＋渗金属属LOM成形成形材料料为金属属箔，可可直接加加工出铸铸造用EPS气化模FDM成形成形材料料为金属属材料硬模模KeltoolTM法快速制制模技术术KeltoolTM法快速制制模技术术由美国国3DSystems公司开发发成功，，后转让让给美国国Keltool公司。KeltoolTM法制模技技术实际际上是一一种粉末冶金金工艺。KeltoolTM法基本原原理及工工艺流程程首先以三三维CAD软件设计计概念原原型（包包括型腔腔和型芯芯）并保保存为STL文件，然然后将STL格式文件件传送至至快速原原型系统统来制造造原始原型；然后利用用原始原原型制得得硅橡胶软软模；接下来在在真空无无压状态态下向硅硅橡胶软软模内浇注由两种不不同成分分，不同同粒径组组成的双形态混混合金属属粉末与有机树脂脂粘结剂剂按一定比比例组成成的混合合物，固化原型型后制得待待烧结坯坯；然后将待待烧结坯坯放置于于有氢气气气氛的的烧结炉炉内进行行烧结，在烧结结过程的的低温阶阶段，粘粘结剂被被烧除并并由流动动的氢气气带走；；硬模模KeltoolTM法快速制制模技术术KeltoolTM法基本原原理及工工艺流程程(续)再继续升升温烧结结，将纯纯金属粉粉末烧结结在一起起，从而而制得孔孔隙分布布均匀的的骨架状状坯体；；最后，向向骨架状状坯体中中渗入另另一种金金属（一一般为铜铜），使使之成为为完全致致密的金金属模具具。由此此工艺所所制得的的金属钢钢质硬模模一般为为70%的双形态态混合金金属和30%的铜，其其硬度可可以因双双形态混混合金属属的成分分不同而而不同。。比如由由A6模钢粉末末及碳化化钨粉末末组成的的双形态态混合铁铁粉作为为基体并并经过渗渗铜致密密和热处处理后得得到的钢钢质硬模模，硬度度可达46-50Rc。硬模模KeltoolTM法快速制制模技术术硬模模KeltoolTM法快速速制模模技术术KeltoolTM法的材材料一般使使用以以WC粉末和A6工具钢钢粉末末组成的的双形态态混合合粉末末为基体体材料料，精精细研研磨的的WC颗粒，，直径径约为为1-4μm（平均均有效效粒径径为2.5μm），一一般为为多边边形或或粒状状；A6工具钢钢粉末末直径径为20-38μm（平均均有效效粒径径为27μμm）。与与简单单地采采用单单一形形态的的粉末末相比比，这这种双双形态态混合合颗粒粒的优优点如如下：：粗细粒径比比大于7，因此双形形态包的密度高得多。精细的WC颗粒能填充充较大A6工具钢颗粒粒之间的空空隙。粘结剂的密密度小的多多，在还原原炉中需要要去除的粘结剂较少少。烧结过程中中平均收缩率率较小，提提高精度。充分发挥了了各组分的的特点，粒径较小小的WC颗粒能提高高表面光洁洁度，且能能改善镶块块的耐磨性性，粒径较较大的A6工具钢颗粒粒则可以提提供良好的的韧性。硬模KeltoolTM法快速制模模技术KeltoolTM法的工艺特特点以KeltoolTM制成的耐用用钢模材料料为70%A6工具钢粉末及碳化钨和30%铜，A6模钢有良好好的抗磨和和低扭曲性性，而碳化化钨的硬度度和耐久性性极佳，铜铜原料则能能够提高强强度和导热热率。其硬度为30-34Rc，热处理后后为46-50Rc，具有非常好的模模具寿命，可达1百万件以上上。工艺流程简简单，制作作快速。只要温度控控制精确，，可以将烧结和渗铜铜连续进行行，节约成本本，缩短制制作时间，，而且减少少因温度变变化而引起起的收缩和和变形。硬模KeltoolTM法快速制模模技术KeltoolTM法的工艺特点所需材料要要求粒度较较细，且对对粘结剂的的粘结性、、流动性、、固化性等等性能有很很严格的要要求。所用母模（（模具负型型）没有足足够的强度度和硬度，，故成形的模具具精度不够够高。模具生产周期较较长，平均为4周，其中制制作型芯件件需要8~10天，而且型型芯件的尺尺寸较小，，一般在152mm×203mm×101mm以下。硬模KeltoolTM法快速制模模技术KeltoolTM法的应用适合生产低公差、精精细的模具，其其尺寸精度度为250mm土0.04mm。硬模a)Keltool型腔b)Keltool型腔固定于模架上RapidtoolTM法快速制模模技术RapidToolTM法制模技术术也称为间接金属粉粉末激光烧烧结制模，是由美国国DTM公司开发的的一种用于于快速模具具的粉末成成型技术。。该成型技技术是依据据Texas大学获得的的专利技术术为基础致致力于粉末末类快速原原型机器的的研发与生生产之后开开发成功的的。RapidToolTM工艺原理及及流程利用CO2激光照射外层包有粘粘结剂的金金属粉末使粉末粘结结成为半成成品。粘结结剂为热塑塑性聚合物物，颗粒粒粒径约为5μm，被预先包包裹在低碳碳钢粉颗粒粒上；低碳碳钢粉颗粒粒粒径约为为55μm。粘结剂熔化化后使钢粉粉颗粒固定定在一起成成为半成品品。半成品强强度仅为3MPa，因此必须须小心处理理，以免损损伤薄弱部部位。将半成品进进行烧结处理。将半成品品置于含有有25%氢气和75%氮气的电炉炉中。炉温温大约在700℃时，粘结剂几乎乎全部被去去除。氧化过程程存在少量量的碳渣，，它会起胶胶粘作用，，暂时协助助粘合钢粉粉颗粒。这这样烧结后后制得含有有60%体积金属，，以及40%体积空隙的的钢骨架半半成品。硬模RapidtoolTM法快速制模模技术RapidToolTM工艺原理及及流程（续续）将钢骨架半半成品进行行渗铜处理。继续将钢钢骨架半成成品放入充充以70%氮气和30%氦气的加热热炉内，并并在适当位位置摆设铜铜砖，之后后，升温至至铜的熔点点以上，低低碳钢颗粒粒的熔点之之下，大约约1120℃℃时，在制品品下面的铜铜砖开始熔熔化并因毛毛细管现象象渗入钢骨骨架中因粘粘结剂蒸发发所遗留下下来的空隙隙，得到无无孔隙的全全致密的模模具。最后再将此此全致密的的模具进行行一些后处理的工作如加加工入料孔孔、冷却水水孔、顶出出孔等，便便完成了用用于注射成成型模具型型芯的制作作，然后直直接安装在在模座上，，便可以在在注射成型型机上进行行批量制品品的生产。。硬模RapidtoolTM法快速制模技技术RapidToolTM工艺原理及流流程（续）硬模RapidtoolTM法快速制模技技术RapidToolTM工艺特点该方法所得到到的型芯由60%的钢和40%的铜所组成，，在炉中的总总线收缩率为为2.5~3.5%，硬度可达HRC27，材料机械性性能优于Al7075，寿命可超过过50000件。优点制作过程快速速(约5~15工作日)；模具型芯中含含有40%或45%的铜，注射模模具的冷却效果好，循环时间可可大大缩短；；模具寿命长；可使用传统工工具进行机加加工。缺点是在1120℃渗铜时会因高温导致制件件变形。硬模RapidtoolTM法快速制模技技术RapidToolTM制模材料及设设备DTM公司的Sinterstation2500快速成型系统统所使用材料料最初是一些些热塑性材料料，如PVC、PC、尼龙、蜡粉粉，以及用于于制作壳型熔熔模铸造模型型的材料，后后来成型材料料又扩展，现现在可以成型型的材料包括括三大类：丙丙烯酸基粉末末（TrueFormPM）、由尼龙与与玻璃珠强化化尼龙组成的的合成材料、、聚合粘结剂剂预包裹的低低碳钢粉粒（（例如：RapidSteel2.0）。硬模RapidtoolTM法快速制模技技术RapidToolTM工艺应用硬模

RapidtoolTM制模工艺制作的模具型芯RapidtoolTM法快速制模技技术RapidToolTM工艺应用硬模RapidToolTM工艺注塑模与与传统工艺注注塑模对比表表模具类型模具成本/美元模具开发周期/周模具寿命/件每件注塑件的成本/美元RapidToolTM注塑模20,0006~750004.00传统注塑模60,00016~18250,0000.24*数据源自Ford汽车制造公司司DirectToolTM法快速制模技技术DirectToolTM法制模技术也也称为直接金属粉末末激光烧结制制模（DirectMetalLaserSintering，DMLS，DirectToolTM），是利用德德国EOS公司的选择性性激光烧结SLS设备直接进行行金属模具的的制造技术。。DirectToolTM工艺艺原原理理及及流流程程与RapidToolTM大体体相相似似。。不不同同的的是是该该工工艺艺材材料料使使用用范范围围极极其其有有限限，，所所用用材材料料为为纯金金属属粉粉末末，烧烧结结坯坯不不是是靠靠有有机机粘粘结结剂剂来来粘粘结结，，而而是是靠靠金金属属粉粉末末的的扩散散而而粘粘结结在一一起起的的，，所所以以其其烧烧结结的的激激光光器器所所需需功功率率比比较较大大，，一一般般至至少少在在200W以上上。。同样样截截面面的的轮轮廓廓，，计计算算机机据据此此信信息息有有选选择择性性地地烧烧结结粉粉末末材材料料，，形形成成一一系系列列具具有有一一个个微微小小厚厚度度的的片片状状实实体体，，逐逐层层堆堆积积，，形形成成原原型型件件；；然然后后再再将原原型型件件渗渗入入适适量量的的环环氧氧树树脂脂，以提提高制制件的的抗弯弯强度度。采采用DirectToolTM制造的的模具具寿命命可达达15000件以上上。硬模模DirectToolTM法快速速制模模技术术DirectToolTM工艺材材料DirectMetal铜-镍基混混合粉粉该合金金混合合粉末末材料料为瑞瑞典Electrolux公司开开发的的青铜铜和镍镍合金金粉末末，具具体成成分为为75％青铜铜（Cu90％-Sn10％）、、20％镍及及5％的磷磷铜，，平均均粒径径为35-40μm。在其其表面面渗透透一层层高温温环氧氧树脂脂，或或者渗渗入低低熔点点金属属（如如锡）），可可以得得到比比较好好的效效果，，可以以用作作注塑塑模、、压铸铸模等等。硬模模DirectMetal20材料制作的门锁DirectToolTM法快速速制模模技术术DirectToolTM工艺材材料DirectSteel钢-青铜-镍基混合粉粉DirectSteel钢-青铜-镍基混合合粉常用用的有50-V1、50-V2和100-V3三种牌号号。这种种合金粉粉末材料料里面不不含有有有机成分分，粒径径约为50μm。这种合合金粉末末不必进进行后烧烧结与渗渗铜（或或锡、高高温树脂脂等），，即可用用作注塑塑模、压压铸模等等。使用50-V1牌号的合合金粉末末所烧结结成型的的模具具具有500MPa的抗拉强强度、HB60~80的硬度，，用这种种材料烧烧结的注注塑模能能注射几几千件塑塑料件，，烧结的的压铸模模能铸造造几百件件金属件件，而模模具无任任何磨损损的痕迹迹。采用用附加的的表面涂涂覆处理理后，还还能进一一步提高高模具的的寿命。。牌号为50-V2的DirectSteel合金粉末末，可以以用来制制作小批批量的功功能原型型件，其其模具除除了有较较好的机机械性能能外，还还具有极极好的精精度和表表面光洁洁度。牌号为100-V3的DirectSteel合金粉末末能够快快速地被被烧结成成为钢质质硬模，，并有较较好的机机械性能能，较高高的精度度，以及及良好的的内部结结构和表表面光洁洁度。硬模模DirectToolTM法快速制模技技术DirectToolTM工艺材料DirectSteel钢-青铜-镍基混合粉硬模以DirectSteel合金粉为材料料制作的高尔尔夫球模具及及制得的高尔尔夫球该套模具可以以生产两千万万个高尔夫球球，比传统的的模具提高了了20%的生产效率。。激光近成型技技术激光近成型技技术（LaserEngineeredNetShaping,LENSTM）是将激光熔覆技术术和快速原型及制制造技术相结结合的一种先进的的制造技术。。该技术由美美国圣地亚国国家实验室研研究开发，其其成型系统主主要由激光能能源系统、金金属粉送进系系统和惰性环环境保护系统统组成。激光近成型技技术基本原理理是在计算机中中生成零件的的三维CAD模型，然后将将该模型按照照一定的厚度度分层“切片片”，即将零零件的三维数数据信息转换换成一系列的的二维轮廓信信息，再由金金属粉送进系系统向被激光光热能熔化了了的在垫板上上形成的金属属熔池喷射金金属粉，按照照二维轮廓轨轨迹在沉积垫垫板上逐层堆堆积金属粉末末材料，光斑斑离开后金属属粉末凝固成成型，最终形形成致密的三三维金属模件件。X-Y平面的成型精精度为0.05mm，Z向成型精度为为0.5mm。硬模激光近成型技技术激光近成型技技术工艺特点点加工成本低，，没有前后的的加工处理工工序；所选熔覆材料广泛，且可以使模模具有更长的的使用寿命；；几乎是一次近成形，材料利用率率高；准确定位且面积较小的激激光热加工区区以及熔池可以得以快速冷却，是LENSTM激光近成型系系统最大的特特点，一方面面可以减少对对工作底层的的影响，另一一方面可以保保证所成型的的部分有精细细的微观组织织结构，成型型件致密，保保证有足够好好的强度和韧韧性。该工艺和激光光焊接及激光光表面喷涂相相似，成型要要在由氩气保保护的密闭仓仓中进行。保护气氛系统统是为了防止金金属粉末在激激光成型中发发生氧化，降降低沉积层的的表面张力，，提高层与层层之间的浸润润性，同时有有利于提高工工作环境的安安全。硬模激光近成型技技术激光近成型技技术制模设备备与应用硬模某型号LENSTM成型系统设备四个金属粉喷嘴喷射金属粉且被激光进行熔化的工作现场

激光近成型技技术激光近成型技技术制模设备备与应用目前LENSTM激光近成型工工艺可以成型型的材料主要有316不锈钢、镍基基耐热合金Inconel625、H13工具钢、钛和和钨。LENSTM激光近成型工工艺一般用来来制造高密度的的铸模，下图是通过过LENSTM制造的一些铸铸模。另外LENSTM工艺也可以对对一些金属物物件进行修补，例如修补飞飞机的喷射叶叶片，可以利利用激光将金金属粉末喷涂涂在叶片损坏坏的地方。硬模ExpressToolTM法快速制模技技术该制模技术是是Hasbro玩具公司与LaserFare公司合作开发发的一种制作作具有共形冷冷却道的镍-铜壳（Ni-Cu/CCC）模具的技术术。它先在原型表面电电铸镍壳，然后设置共形冷却却道，再电镀铜壳，并浇注背衬而构成的模具具。其核心是是采用了电铸铸镍-铜复合壳，以以及共形冷却却道。此种模模具可批量生生产注塑件。。硬模ExpressToolTM法制模工艺流流程原型制作与喷喷涂用CAD软件设计模型型，并用机加加工或快速原原型方法制作作原型，且对对原模进行涂涂覆处理。对对原型进行涂涂覆的目的是是使原型可以以导电。ExpressToolTM法快速制模技技术ExpressToolTM法制模工艺流流程（续））电铸镍层将已涂覆的原原型作阴极，，镍作阳极，，在镍电铸槽槽中，进行电电铸镍壳，如如图b所示。。当电电铸的的镍壳壳足够够厚（（一般般为2mm）后，，从电电铸槽槽中取取出原原型及及仍与与其相相连的的镍壳壳，并并将它它们置置于清清水中中冲洗洗，然然后晾晾干。。设置共共形冷冷却道道置冷却却道于于镍壳壳的背背面，，并弯弯曲冷冷却道道，以以便使使其与与注塑塑件的的主轮轮廓形形状共共形，，如图图c所示。。电铸铜铜层将电铸铸的镍镍壳与与相连连的原原模，，以及及已定定位的的共形形冷却却道，，置于于铜电电镀槽槽中，，进行行镀铜铜，这这样注注射塑塑料的的热量量可通通过镍镍壳与与铜层层，直直接传传至冷冷却道道，然然后通通过对对流而而排出出，如如图d所示。。硬模模ExpressToolTM法快速速制模模技术术ExpressToolTM法制模模工艺艺流程程（（续））浇注背背衬对原原型型-镍壳壳-铜层层-冷却却道道构构成成的的组组合合件件加加背背衬衬，，如如图图e所示示。。因因为为热热量量可可通通过过镍镍壳壳-铜层层有有效效地地传传至至冷冷却却道道，，所所以以，，背背衬衬材材料料不不必必是是高高导导热热材材料料，，通通常常采采用用低低熔熔点点合合金金或或填填充充铝铝环环氧氧树树脂脂，，后后者者具具有有良良好好的的抗抗压压强强度度，，能能在在24h内快快速速固固化化。。当当注注射射压压力力超超过过70MPa时，，可可用用钢钢做做背背衬衬。。取出出原原型型取出出原原型型，，将将制制成成的的型型腔腔固固接接于于模模架架中中，，如如图图f所示示。。穿穿过过背背衬衬层层／／铜铜层层／／镍镍壳壳，，钻钻推推料料孔孔。。装配配硬模模ExpressToolTM法快快速速制制模模技技术术ExpressToolTM工艺艺特特点点及及应应用用热导导率率高高镍-铜复复合合壳壳的的热热导导率率大大大大高高于于任任何何品品种种的的模模具具钢钢，，因因此此，，能能快快速速冷冷却却，，且且有有更更均均匀匀的的模模温温分分布布。。易于设置置共形冷冷却道由于能设设置共形形冷却道道，使模模具上的的热点数数量减少少，模面面的温度度分布与与塑料工工件的收收缩更均均匀，诱诱发的应应力小，，工件的的翘曲变变形小，，能缩短短注塑循循环周期期。能提高注塑塑生产率率采用镍-铜复合壳壳与共形形冷却道道后，与与传统机机加工的的钢模相相比，平平均能提提高注塑塑生产率率约33%。电铸的镍镍壳精度度高电铸能复复制0.1μμm以内的原原型特征征，几乎乎可达到到零均值值收缩。。硬模模ExpressToolTM法快速速制模模技术术ExpressToolTM工艺特特点及及应用用（（续））制作周周期短短制作周周期约约为传传统机机加工工钢模模的1/3~1/2。抗腐蚀蚀性能能好由于模模具表表面为为电铸铸镍，，与传传统模模具钢钢相比比，它它能更更好地地抵抗抗化学学腐蚀蚀。表面品品质好好电铸镍镍的组组织精精细，，通过过抛光光能达达到很很高的的光洁洁度，，可用用于成成型塑塑料镜镜片。。易于修修补模具表表面磨磨损后后，可可再用用电铸铸的方方法进进行修修补。。基本不不受尺尺寸的的限制制硬模模ExpressToolTM法快速速制模模技术术ExpressToolTM工艺特特点及及应用用硬模模采用ExpressToolTM工艺制作的手机机壳体模及注塑件用SLS方法烧烧结铸铸型采用覆膜砂砂作材料料，烧烧结型型壳部部分，，型腔腔部分分仍为为未烧烧结的的粉末末，烧烧结后后去除除这些些粉末末1.由CAD软件设设计三三维模模型，，并将将其转转化成成STL格式文文件，，然后后将三三维模模型切切片，，得到到二维维截面面轮廓廓，并并将其其输入入到高高温激激光制制造（（HTLM）系统中；；2.将硅砂和硅硅酸盐溶液液组成的混混合物铺在在低碳钢上上，使用激激光对其烧烧结，作为为基底；3.在这个基底底上铺上砂砂粉，设置置适当的烧烧结参数，，按照二维维截面轮廓廓。激光束选择择性地烧结结砂粉，这样一层层一层建立立模具；4.将模具渗透硅酸盐盐溶液，在200℃温度下，加加热2h，以改善模模具的强度度、表面粗粗糙度和密密度。为了得到有有较好的表表面粗糙度度的模具，，必须选用用较细的砂粒粒和较薄的烧结结层厚度。硬模基于快速原原型的喷涂涂法金属喷射沉沉积模是根据快快速凝固工工艺（RSP，PapidSolidificationProcess）来得到模模具的一种种方法。其特点是工工艺简单，，周期短，，型腔及表表面精细花花纹一次同同时形成，，省去了传传统模具加加工中的制制图、数控控加工和热热处理等昂昂贵、费时时的步骤，，不需机加加工，模具具尺寸精度度高，成本本低。机械械性能较好好，生产周周期短，模模具寿命可可达1000－30000件此法可制作作注塑模具具和冲压模模具，但是是为了提高高制件的表表面质量和和机械性能能需要进行行时效处理理，增加了了制模时间间。硬模基于快速原原型的喷涂涂法基本过程在快速原型型件表面涂涂脱模剂金属喷涂：：熔融的工具具钢或其他他合金被压压入喷嘴，，与高速流流动的惰性性气体相遇遇后形成雾雾状熔滴，，它喷向并并沉积到喷喷射在通过过SLA、SLS或LOM方法制造石石蜡、塑料料或陶瓷原原型上，复复制出母样样表面结构构形状的金属硬壳（1.6-6.4mm）移除原型，，填充金属基基复合材料料或环氧树树脂抛光光金金属属表表面面，，得得具有有精精确确金金属属面面、、硬硬背背衬衬的的铸铸模模硬模模基于于快快速速原原型型的的喷喷涂涂法法基本本过过程程电弧弧喷喷涂涂是是将将两两根根待待喷喷金金属属丝丝作作为为自自耗耗性性电电极极，，利利用用两两根根金金属属丝丝端端部部短短路路产产生生的的电电弧弧使使丝丝材材熔熔化化，，用用压压缩缩气气体体把把已已熔熔化化的的金金属属雾雾化化成成微微滴滴，，并并使使其其加加速速，，以以很很高高的的速速度度沉沉积积到到基基体体表表面面形形成成涂涂层层。。以以这这种种金金属属涂涂层层作作为为模模具具的的型型腔腔表表面面，，背背衬衬加加固固并并设设置置相相应应的的钢钢结结构构后后就就形形成成了了简简易易的的快快速速经经济济模模具具。。基基于于RP原型型的的电电弧弧喷喷涂涂制制模模工工艺艺流流程程大大致致分分为为如如下下5个阶阶段段：：模型型准准备备模型型可可由由许许多多材材料料制制成成，，包包括括木木材材、、塑塑料料、、石石膏膏、、橡橡胶胶等等。。模模型型准准备备中中最最重重要要的的是是涂抹抹脱脱模模剂剂。脱模模剂剂在在制制模模中中的的作作用用有有两两个个：：首首先先，，它它对对喷喷涂涂到到基基体体上上的的金金属属颗颗粒粒有有粘粘结结作作用用，，否否则则金金属属颗颗粒粒将将不不能能牢牢固固地地吸吸附附在在模模具具表表面面而而易易脱脱落落；；其其次次，，防防止止金金属属涂涂层层对对模模型型的的过过热热烧烧损损、、变变形形、、粘粘附附，，起起到到隔隔热热、、脱脱模模的的作作用用。。将将脱脱模模剂剂均均匀匀地地涂涂在在模模型型表表面面，，并并使使其其干干燥燥成成膜膜。。硬模基于快速原型型的喷涂法基本过程在模型上喷涂金属待脱模剂干燥燥以后，在最最佳的喷涂参参数情况下，，可以开始在在模型上喷涂涂金属，喷涂涂时应保证使使喷枪连续运运动，防止涂涂层过热变形形，涂层厚度度一般可控制制在2～3mm。制作模具框架架如果模具在工