快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping沫十，簡稱RP)是80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)高新制造技術(shù)忙干，按照其材料及工藝特點(diǎn)主要分為LOM(Laminated Object Manufacturing辕翰，又稱分層實(shí)體制造)工藝、SLA(Stereolithography Apparatus挪丢，又稱立體光刻)工藝蹂风、SLS(Selective Laser Sintering，又稱選擇性燒結(jié))工藝乾蓬、FDM(Fused Depostion Modeling惠啄，又稱熔融沉積制造)工藝等幾大類，在汽車任内、摩托車歇盒、家電、航空腐熊、醫(yī)療等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用韩丸。

　　但是目前各種快速成型技術(shù)的應(yīng)用都還存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在直接制作的快速原型件與實(shí)際零件相比在材質(zhì)冒瞎、性能等方面還存在較大差異查新，往往不能用來進(jìn)行裝機(jī)實(shí)測各種與強(qiáng)度、性能有關(guān)的數(shù)據(jù)弟茸。在產(chǎn)品覆蓋件制作方面栅洁，LOM技術(shù)制作的紙質(zhì)原型件雖然硬度很高但容易分層開裂，SLA工藝制作的光敏樹脂原型件脆性較大版叁，SLS工藝直接燒結(jié)塑料粉末制作的原型件性能較好但目前成本較高，F(xiàn)DM工藝在原型件的制作成本序评、支撐等方面也還不盡如人意敲侧。另外，試制件在一定數(shù)量上的要求往往也難以滿足辽廊∑洌快速成型技術(shù)在模具方面的應(yīng)用導(dǎo)致了快速模具技術(shù)(Rapid Tooling，簡稱RT)的出現(xiàn)酿傍，并由快速成型技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方向迅速發(fā)展成為一項(xiàng)相對獨(dú)立的新興技術(shù)烙懦。

　　基于LOM技術(shù)的快速制模工藝

　　快速模具技術(shù)一般按其制造過程中是否需要RP原型過渡主要分為直接法和間接法兩大類，如通過RP原型翻制的硅膠模赤炒、環(huán)氧樹脂模氯析、金屬噴涂模等快速制模工藝屬于間接快速模具技術(shù)，而直接快速模具技術(shù)主要有SLS工藝莺褒、3DP(Three Dimensional Printing掩缓，又稱三維印刷成型技術(shù))工藝雪情、LENS(Laser Engineering Net Shaping，又稱激光工程化凈成型技術(shù))工藝等多種直接快速金屬模具技術(shù)你辣，基于LOM技術(shù)的各種木模巡通、消失模以及注塑紙基模具等也屬于直接快速模具技術(shù)。

　　利用LOM技術(shù)制作的快速原型件舍哄，其強(qiáng)度類似硬木宴凉，可承受200℃左右的高溫，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性表悬，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚碛矗鐕娡壳迤帷⒏叻肿硬牧匣蚪饘俸蟪ㄔ勺鳛楦黝愰g接快速制模工藝的母模类紧，或直接制作用于注塑用的紙基模具，基于LOM技術(shù)的各類快速制模工藝在塑料覆蓋件制作方面都得到了廣泛的應(yīng)用崭甩。

　　基于LOM技術(shù)的間接快速制模工藝

　　在注塑用快速模具應(yīng)用方面抵思，其基本原理是首先利用LOM技術(shù)制作的紙質(zhì)快速原型件，通過不同的模具翻制技術(shù)制作出硅膠模有愚、環(huán)氧樹脂模焙句、金屬噴涂模等快速模具，然后根據(jù)模具情況進(jìn)行熱注塑或反應(yīng)式注塑叔抡，得到生產(chǎn)或試制用的塑料零件港摘。由于翻制技術(shù)成熟、工藝簡便躬源、方法多樣脖嗽，可以根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量等具體要求選擇合適的工藝拆座，是目前常用的快速模具技術(shù)之一主巍。

　　2.1硅膠模

　　硅膠模是最常見的快速模具，又稱軟模(Soft Tolling)挪凑，是應(yīng)用范圍最廣孕索、技術(shù)最成熟的快速模具制作方法之一，一般用于試制用模具或制作其它模具的過渡模躏碳。硅膠模采用的硅橡膠材料主要分為室溫硫化硅橡膠(簡稱RTV硅橡膠)和高溫硫化硅橡膠(簡稱HCV硅橡膠)兩種搞旭。前者一般在室溫下固化，可承受300℃左右的溫度菇绵；后者的硫化溫度一般在170℃左右肄渗，具有更好的性能，工作溫度可達(dá)500℃以上。

　　硅膠模的制作工藝一般為：以紙基原型件作為母模恳啥，在母模上預(yù)設(shè)分型面并制作分型背襯偏灿，噴涂脫模劑；按比例配制硅膠進(jìn)行澆注钝的；完全固化后再進(jìn)行另一半的澆注翁垂；沿預(yù)定的分型面切開硅膠模；取出原型件港揉，完成硅膠模制作减磷。在沒有真空設(shè)備的條件下應(yīng)注意選擇合適的硅橡膠材料以及采取合理的排氣措施。

　　硅膠模具有制作周期短宰孙、成本低氏赴、工藝簡單、材料彈性好坚哲、易于脫模服酥、復(fù)印性能好的特點(diǎn)。反應(yīng)式低壓注塑工藝操作簡便御欢，不需要真空設(shè)備找肤，但排氣條件較差，容易產(chǎn)生夾帶氣泡和充型不滿的缺陷升碱。硅膠模還存在精度不高踩林、壽命短、不能用于熱注塑工藝的不足之處是酣，用作注塑模時(shí)壽命一般為10～50件醋掖。另外，便于脫模的特點(diǎn)有時(shí)會(huì)掩蓋無脫模角或倒脫模的設(shè)計(jì)缺陷黄刚，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的檢驗(yàn)效果捎谨。

　　2.2鋁填充環(huán)氧樹脂模

　　鋁填充環(huán)氧樹脂模具的工藝過程與硅膠模類似，即首先以紙基原型件作為母模隘击，在母模上預(yù)設(shè)分型面侍芝，噴涂脫模劑，澆注由精細(xì)研磨鋁粉填充的雙組分熱固性環(huán)氧樹脂埋同，注意混合與固化過程均要在真空狀態(tài)下進(jìn)行，固化后再按上述過程完成另一半的澆注棵红，修整后制成鋁填充的環(huán)氧樹脂模具凶赁。它主要用作熱注塑模，壽命一般為500～2000件逆甜。但環(huán)氧樹脂類模具普遍存在導(dǎo)熱性較差的缺點(diǎn)虱肄，導(dǎo)致生產(chǎn)周期加長，生產(chǎn)效率與鋼模相比還較低交煞。

　　2.3金屬噴涂模

　　金屬噴涂模具主要包括金屬冷噴鍍模具和等離子噴鍍模具咏窿。金屬冷噴鍍模具的制造工藝是：首先用噴槍在RP原型的表面上噴射霧化了的熔化金屬斟或，待液態(tài)金屬固化后形成厚度約2mm的金屬殼層，再經(jīng)過添加背襯虫喝、埋入冷卻管道肮插、去除原型等處理后制成模具。噴涂表面的復(fù)制性能較好俊揣，尺寸精度較高晚惊。但與傳統(tǒng)金屬模具相比還不能使用較大的鎖模力，另外導(dǎo)熱性差也導(dǎo)致注塑成型周期延長乐太，使用壽命一般為數(shù)千件宛蒲。

　　等離子噴鍍模具的制造工藝的基本原理就是電離氣體產(chǎn)生的高溫等離子弧熔化的粉末跟隨高速火焰流噴射到需要噴鍍的工件表面并結(jié)成殼層，經(jīng)處理后制成模具莉孽∧粘恚可以噴鍍高熔點(diǎn)金屬、非金屬材料火晕，具有表面硬度高来锥、變形小、工藝穩(wěn)定驴荡、使用壽命長的特點(diǎn)情组。

　　LOM技術(shù)在直接快速注塑模具方面的應(yīng)用主要是反應(yīng)式注塑模具，根據(jù)注塑條件的不同又可分為真空注塑和低壓注塑兩類箩祥，下面介紹的就是基于LOM技術(shù)的紙基反應(yīng)式低壓注塑模具工藝(以下簡稱紙基注塑模具)院崇。

　　3.1紙基注塑模具設(shè)計(jì)

　　紙基注塑模具設(shè)計(jì)原理與步驟類似于鋼模設(shè)計(jì)，但考慮到紙基件制作的特殊性以及注塑方式的差異袍祖，紙基注塑模具的設(shè)計(jì)又有其不同的特點(diǎn)底瓣。

　　1)尺寸補(bǔ)償

　　紙基注塑模具屬于直接制模，不存在硅膠模等間接制模工藝在翻制過程帶來的累積誤差蕉陋，因此捐凭，影響最終注塑件尺寸精度的因素主要有三維CAD模型轉(zhuǎn)換STL文件時(shí)的轉(zhuǎn)換精度損失、紙基模具制造誤差凳鬓、紙基模具裝配誤差茁肠、聚氨酯注塑材料收縮率等，在這里需要補(bǔ)償?shù)某叽缇褪蔷郯滨ゲ牧系氖湛s率缩举，即在三維軟件中對三維CAD模型進(jìn)行尺寸補(bǔ)償垦梆，這對于尺寸較大的零件來說是必須要考慮的。

　　2)脫模方向確定與分型面設(shè)計(jì)

　　一般來說仅孩，脫模方向在進(jìn)行三維CAD模型設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮好了托猩，這里需要做的就是綜合考慮模具設(shè)計(jì)、制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步確認(rèn)原設(shè)計(jì)脫模方向的合理性溶迹，如存在問題則可對三維CAD模型進(jìn)行修改绘菲，重新設(shè)計(jì)脫模方向或模型結(jié)構(gòu)。

　　分型面設(shè)計(jì)的基本原則與鋼模類似剩织，但同時(shí)還要考慮紙基件的特殊性以及反應(yīng)式注塑工藝的具體特點(diǎn)雄工，主要是分型面的設(shè)計(jì)要符合最大投影面原則，確保注塑件的尺寸精度與表面質(zhì)量激靡，盡量簡化模具結(jié)構(gòu)开撤，便于模具的制造與安裝，符合反應(yīng)式低壓注塑的工藝條件娩纱，考慮紙基件強(qiáng)度薄弱區(qū)域位置與成型方向等方面因素瞒唇。

　　脫模方向確定與分型面設(shè)計(jì)直接與模具結(jié)構(gòu)、模具制造磨豁、注塑成型等各環(huán)節(jié)密切相關(guān)服畜，是模具設(shè)計(jì)成功與否的重要環(huán)節(jié)之一。

　　3)脫模斜度檢查與設(shè)計(jì)

　　由于紙基模具表面質(zhì)量比鋼模差顾翼，又沒有硅橡膠模的彈性投放，因此，除一般的脫模斜度檢查外适贸，為了便于脫模灸芳，在滿足工件尺寸公差要求，或不影響工件結(jié)構(gòu)拜姿、功能的前提下烙样，脫模斜度盡可能取大一些，或在模具結(jié)構(gòu)上對不易脫模的部位加以重點(diǎn)考慮蕊肥。

　　4)抽芯谒获、滑塊、頂桿設(shè)計(jì)

　　如果零件結(jié)構(gòu)需要壁却，還應(yīng)像鋼模一樣設(shè)計(jì)抽芯批狱、滑塊、頂桿等結(jié)構(gòu)展东，其設(shè)計(jì)是否合理對于注塑件能否順利脫模至關(guān)重要赔硫，也是紙基注塑模具設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵之一。

　　5)流道盐肃、澆口竿饭、排氣口設(shè)計(jì)

　　紙基模具的流道與澆口，不必像鋼模那樣設(shè)計(jì)主流道肴泥、分流道、澆口、冷料穴等完整的澆注系統(tǒng)耻宋，而采用模具表面直接到注塑件的簡易澆口設(shè)計(jì)腿弛，澆口位置選取時(shí)主要考慮一般應(yīng)在最低點(diǎn)或相對低點(diǎn)以利于聚氨酯材料充滿型腔及自然排氣，盡量設(shè)置在不影響注塑件外觀的部位雁巾，盡量設(shè)置在殘留冷料少以及便于取出的位置躬摆。排氣口一般應(yīng)設(shè)計(jì)在相對高點(diǎn)及排氣死角位置以保證聚氨酯材料充滿型腔。

　　6)鎖模岔霞、定位設(shè)計(jì)

　　鎖模阻洋、定位設(shè)計(jì)主要是考慮反應(yīng)式低壓注塑過程是以手工操作為主，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)計(jì)孔位阵厨，以便注塑時(shí)用螺栓緊固鎖模并定位败芙。

　　3.2紙基注塑模具制造

　　紙基模具的制造過程實(shí)際上就是紙基快速原型件的制作過程，即按照紙基快速原型件的制作方法來制造紙基注塑模具的動(dòng)模惫谤、定模壁顶、抽芯、滑塊溜歪、頂桿若专、嵌塊等各個(gè)部件，分別處理蝴猪、裝配调衰，制作出完整的紙基注塑模具。

　　首先將設(shè)計(jì)好的紙基模具各個(gè)部件的三維CAD模型按照有效用紙自阱、強(qiáng)度優(yōu)化嚎莉、便于剝離等紙基件制作原則在三維設(shè)計(jì)軟件中合理裝配，一次或數(shù)次制作完成动壤，將裝配好的文件轉(zhuǎn)換為快速成型機(jī)所能接受的STL文件并輸入快速成型機(jī)進(jìn)行紙基件的制作萝喘，然后將制作完成的紙基模具快速原型件進(jìn)行廢料剝離、零部件分離琼懊，反復(fù)多次涂漆阁簸、打磨，各部件修整掩纺、試裝配伏嬉，最終完成紙基模具各零部件快速原型件的制作。

　　3.3反應(yīng)式低壓注塑

　　首先將各個(gè)零部件在適當(dāng)?shù)谋砻鎳娡棵撃┝蹲ⅲ缓蟀凑赵O(shè)計(jì)好的孔位進(jìn)行定位怕翘、鎖模，模具裝配完成后將反應(yīng)式樹脂與固化劑在常溫常壓下用電動(dòng)低壓注塑機(jī)注入紙基模具中方数，完成注塑件的澆注過程辞镇。待完全固化后臭赃，拆開模具，取出注塑零件忙甩。按需要進(jìn)行修整尽舱、打磨、噴漆等處理以滿足工藝要求揉罗。

　　由于反應(yīng)式注塑材料與紙基件表面強(qiáng)化漆同為聚氨酯類材料元炭，為防止兩者之間發(fā)生反應(yīng)而影響脫模，應(yīng)采取有效的隔離措施或噴涂具有隔離作用的脫模劑掷情。

　　這一快速模具技術(shù)已在摩托車空濾蓋及護(hù)板等塑料覆蓋件的研制中得到應(yīng)用软吐，實(shí)踐表明紙基注塑模具具有制作周期短、精度高吟税、使用壽命較硅膠模長(可達(dá)數(shù)十件至數(shù)百件)的特點(diǎn)凹耙，注塑工藝簡便、注塑件質(zhì)量良好乌妙，完全滿足新產(chǎn)品研制與開發(fā)中小批量生產(chǎn)的要求使兔。

　　(1)基于LOM技術(shù)的注塑模具無論是在新產(chǎn)品試制還是在中小批量生產(chǎn)方面都得到了廣泛應(yīng)用，其中直接制造反應(yīng)式低壓注塑模具的工藝方法具有模具制作速度快藤韵、成本低虐沥、工藝簡便的特點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前景泽艘。

　　(2)紙基注塑模具在模具設(shè)計(jì)思路欲险、考慮要素以及模具結(jié)構(gòu)等方面與鋼模設(shè)計(jì)類似，紙基注塑模具的設(shè)計(jì)實(shí)際上已經(jīng)完成了鋼模設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作匹涮，稍加改變并完善奶焓裕框等外圍輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可迅速投入模具生產(chǎn)，為并行工程的順利實(shí)施提供了有力的保障然低。

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