一種新的層壓加工技術(shù)給需要以最佳成本-效益比例生產(chǎn)“快速工具”的模型制造商帶來了很多優(yōu)勢(shì)。

　　全球競爭給現(xiàn)在的幾乎所有行業(yè)的影響與日俱增往茄。為用戶快速提供新產(chǎn)品的必要性在增加枯邓，誰能先交付用戶需要的新產(chǎn)品，誰將獲得最大的回報(bào)乘占，這是一個(gè)眾所周知的事實(shí)掰媚。

　　本文的重點(diǎn)是介紹一種新技術(shù)，它表現(xiàn)出超越多數(shù)RT系統(tǒng)的能力。由于層壓加工技術(shù)最近的發(fā)展习棋，它已經(jīng)成為滿足幾種行業(yè)RT要求的一個(gè)解決方法孤殿。層壓加工以前的很多不足之處已經(jīng)被克服-這使得它成為適用于幾種行業(yè)的工藝。

　　工藝

　　這種新的層壓加工工藝以CAD文件為開端满俗，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)程序切割工具并產(chǎn)生用于切割型材的激光輸出转捕。型材切割之后被堆積、結(jié)合并拋光以建立最終工具結(jié)構(gòu)唆垃。

　　該工藝開始于工具數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生五芝。它要么是一個(gè)完全拋光的網(wǎng)架，要么是一個(gè)實(shí)體模型辕万。這里優(yōu)先選用實(shí)體模型枢步，唯一的原因是數(shù)據(jù)完整性通常更好。軟件有內(nèi)部公差選項(xiàng)渐尿，能夠自動(dòng)跳過拋光面數(shù)據(jù)較差的錯(cuò)誤或者間隙醉途。

　　該系統(tǒng)是一種閉合回路工藝，能夠在建造過程中連續(xù)更新建造數(shù)據(jù)砖茸。使用實(shí)時(shí)反饋能力對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)并調(diào)整隘擎，以補(bǔ)償材料厚度合建造過程中的其他變量。結(jié)果是形成了所有幾何形狀部件都在設(shè)計(jì)位置的精確的工具凉夯。該工藝使用幾種技術(shù)中的一種或者幾種技術(shù)的綜合來密封工具并疊層結(jié)合在一起货葬。這里使用了栓接、釬接胯挚、粘接和滲銅以及其它專利工藝滴督。

　　工具加工面通常以一個(gè)輕加工軋槽結(jié)束，以便消除層壓板之間轉(zhuǎn)換時(shí)生成的梯級(jí)咨桶。消除梯級(jí)的機(jī)加工工作量是最小的瘫碾，因?yàn)殚]合回路系統(tǒng)保證所有部件都在設(shè)計(jì)位置。

　　應(yīng)用

　　這種新的層壓加工技術(shù)有幾種潛在的用途椎敞。其中一些目前尚在開發(fā)階段奴爷，另一些正在用于生產(chǎn)。目前已經(jīng)在使用的用于原型機(jī)加工和/或生產(chǎn)加工的工藝如下：

　　● SS 注射模具

　　●鋁制模具

　　●反應(yīng)注射模具 (RIM)

　　●發(fā)泡模型

　　●模具成型中的有限應(yīng)用配籽。

　　其他類型的加工方法正在開發(fā)階段擂门。它包括真空成型工具、模具澆注工具和其他用于高通風(fēng)工具的獨(dú)特應(yīng)用自畔。這些加工方法要么是內(nèi)部開發(fā)，要么是和所選擇的有具體需要的模具制造商一起開發(fā)杨匕。

　　認(rèn)識(shí)到層壓加工可能是所有加工需求的最好方法着饥，問題是什么工具是層壓建造的最佳選項(xiàng)惰赋？覆蓋所有具體應(yīng)用是比較困難的。下面的準(zhǔn)則是通用的赁濒，因此，最好分析每種工具自身的優(yōu)點(diǎn)拒炎。通常，模具制造商從滿足下面描述的一種或者更多情況的應(yīng)用中已經(jīng)取得了最大的回報(bào)枝冀。

　　● 中型到大型工具

　　● 有溫度控制問題的工具

　　● 要求獨(dú)特形狀的工具，比如疊層間需要排氣的

　　● 傳統(tǒng)工具建造的時(shí)間太短

　　通常，模具制造商都在尋求一種能超過其競爭者的優(yōu)勢(shì)谷誓，下面的優(yōu)點(diǎn)概括了它們?yōu)槭裁催x擇層壓加工而不選擇其它工藝。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　層壓加工本身并不是一個(gè)新概念蕾崔。可是氧蔼，這個(gè)工藝的自動(dòng)化及開發(fā)已經(jīng)被帶到了一個(gè)新的水平，使得它在這個(gè)領(lǐng)域比其它嘗試有著明顯的優(yōu)勢(shì)夫蚜。該工藝的優(yōu)勢(shì)如下：

　　速度

　　通常需要幾周或者幾個(gè)月時(shí)間來建造的工具可能在幾天之內(nèi)就建成了。高速激光器和自動(dòng)裝置使得工具能夠很快地害恋、有效地建造。工具建造在工具設(shè)計(jì)之后立即開始赎丢，因?yàn)槌Ｓ媒ㄔ觳牧蠋齑姹３衷谧陨韮?nèi)部。在傳統(tǒng)工具建造中僅訂購并接收材料所花費(fèi)的時(shí)間內(nèi)福压，可能已經(jīng)有很多層壓工具的建造基本完成。

　　成本低

　　傳統(tǒng)加工和層壓加工相比較荆姆，成本節(jié)約量因用途的差異有很大的不同哗讥。節(jié)約量從最大可達(dá)40%胞枕。如果只考慮最適合層壓工藝的工具，節(jié)約量在20%～40%之間腐泻。

　　精確性

　　公差和加工的精確性首先應(yīng)該歸功于制造工具所使用的獨(dú)特軟件。這個(gè)軟件的開發(fā)用了幾年時(shí)間派桩，它能夠自動(dòng)補(bǔ)償材料厚度的變量和施工過程中建造變量。通過使用實(shí)時(shí)反饋控制元件铆惑，對(duì)加工幾何圖形作分析并對(duì)按要求調(diào)節(jié)建造工藝。因此员魏，當(dāng)工具從半自動(dòng)設(shè)備上去除時(shí)，工具內(nèi)的所有部件都在其適當(dāng)?shù)奈恢梦诨弧９ぞ呓ǔ芍螅渚_度在CNC公差范圍之內(nèi)取阳。

　　鋼和鋁工具

　　很多RT工藝不用鋼和鋁建造工具。典型的RT工藝使用環(huán)氧樹脂灌罐、聚合材料或者其它耐用化合物比如燒結(jié)合金。認(rèn)識(shí)到它們?cè)赗T中所起的作用后坡循，它們可能因材料性能的局限性而不適合用于生產(chǎn)。耐用性植西、工具強(qiáng)度、精確度和溫度控制可能會(huì)成為問題宫屠。涉及到耐用性、強(qiáng)度和精確度時(shí)浪蹂，這些新的原型機(jī)工具能夠模擬傳統(tǒng)的鋼和鋁工具的性能。通常坤次，如果考慮溫度控制斥赋，它們的性能要比傳統(tǒng)工具的性能好。這些工具的加工面可能要求額外的處理产艾，是否需要這種處理由數(shù)量要求和腐蝕性材料決定。成品工具可以是CNC或者EDM機(jī)加工和焊接的或者采用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行涟欤化。

　　無尺寸限制

　　不象很多快速加工工藝弯菊，大工具尺寸不成為問題。該工藝是具有規(guī)模性牺缰，因此可以建造大工具。然而醋咒，目前設(shè)備限制把每一半工具的建造尺寸限定在大約1.5ft×4ft×7ft。到現(xiàn)在為止尺笼，所建造的最大工具尺寸為1.3ft×2.5ft×5ft（上部和下部模具尺寸結(jié)合起來）。

　　保形冷卻

　　保形冷卻被定義為在工具內(nèi)建立冷卻/加熱結(jié)構(gòu)的能力，它要么必須符合工具表面輪廓讨绝，要么因?yàn)椴考谋?厚部分可能決定最佳溫度控制而與該輪廓有偏差。其目的一般是讓部件均勻冷卻或加熱脸学。保形冷卻通過大幅度減少循環(huán)時(shí)間給模型加工提供了很多優(yōu)勢(shì)。除過明顯的工件成本節(jié)約外躲履，其它明確的優(yōu)點(diǎn)包括工具、設(shè)備和地板空間的節(jié)約工猜。

　　最近的研究表明，保形冷卻可以把采用傳統(tǒng)冷卻工具所需的循環(huán)時(shí)間減少30%～60%篷帅。節(jié)約量在很大程度上依賴于幾何圖形。傳統(tǒng)技術(shù)中的溫度控制越是困難魏身，采用保形冷卻獲得節(jié)約的機(jī)會(huì)越大蚪腐。層壓加工工藝很自然地導(dǎo)向在注射模具或者其它加工方法中采用保形冷卻的道路上來。這種冷卻結(jié)構(gòu)類型的例子如圖4所示回季。這個(gè)圖中所示的工具用于生產(chǎn)鞋底。復(fù)雜的冷卻結(jié)構(gòu)用紫色表示泡一。采用傳統(tǒng)的鉆孔水管蟋扩，模具結(jié)構(gòu)因?yàn)樽⑸淦麂N子定位要求的影響不能為自己找到一條有效的冷卻方法捉肄。新工藝使用了浸入冷卻法南翻，這種方法能夠非常有效地冷卻工具。冷卻工具的水從工具一側(cè)的四個(gè)位置進(jìn)入并在流經(jīng)工具時(shí)受到阻擋绵布，從工具另一側(cè)的四個(gè)位置流出鸵丸。隨著幾何圖形的變化能夠看到的板到板之間的梯級(jí)效果是層壓加工的一個(gè)很自然的現(xiàn)象肪禾，這個(gè)現(xiàn)象既存在于內(nèi)部，也存在于外部袁羔。在表面上這些梯級(jí)被消除了。但是挠疲，由這些梯級(jí)帶來的湍流能夠產(chǎn)生更加有效的冷卻耳标。如果與傳統(tǒng)工具相比邑跪，這種工具的總體循環(huán)時(shí)間被減少了45%。

　　無需建立原型機(jī)

　　這是采用層壓加工的又一個(gè)節(jié)約成本和時(shí)間的特征画畅。這里，原型機(jī)工具重新組合以滿足生產(chǎn)工具標(biāo)準(zhǔn)轴踱。給層壓工具表面鋪設(shè)一種硬工具鋼合金。表面經(jīng)過二次機(jī)加工后摊腋，原型機(jī)工具就變成了生產(chǎn)工具。如果存在這樣作的機(jī)會(huì)兴蒸，原型機(jī)保持不動(dòng)视粮，只是表面需要再次加工以便變成生產(chǎn)工具间歌。應(yīng)該指出的是，在很多情況下鹅址，使原型機(jī)工具能夠用于生產(chǎn)的表面再加工可能不需要。根據(jù)所要生產(chǎn)的部件類型比如體積妨谦、表面要求、材料耐磨性等等显而，原型機(jī)層壓工具可能本身可能足夠?qū)Ω渡a(chǎn)夹宏。

　　這種快速加工工藝有很多潛在的優(yōu)點(diǎn)。用鋼或鋁制造工具的方式是以一種快速的并且成本效益顯著的方式檩耕。高度自動(dòng)化工藝創(chuàng)造了精確的加工裕砖，它可用于很多加工用途蜒鸣。一般情況下，它們的性能因?yàn)樘岣吡说臏囟瓤刂颇芰Χ鴥?yōu)于傳統(tǒng)工具绸罗《固保可以根據(jù)要求對(duì)它們链踊澹化靡羡、焊接和拋光。這種工藝沒有尺寸限制俊性，只是現(xiàn)有的設(shè)備限制著加工的尺寸略步。

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