【編者按】隨著多品種小批量時代的逐步來臨和企業(yè)要求模具能保證新產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場漾群，開發(fā)快速經(jīng)濟模具越來越引起人們的重視口注》艟快速成形與制造(RPM：RapidPrototvfolng&Manufacturing)是融激光篙贸、材料科學(xué)码累、信息與控制技術(shù)等為一體的分層——層積技術(shù)，堪稱是20世紀(jì)后半期制造技術(shù)最重大的進展之一踏蚓。RPM技術(shù)誕生10余年來已在汽車激撮、家電、航空惫投、醫(yī)療等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用泉惋。

國外大型企業(yè)如通用、福特蹬谁、法拉利扔缭、豐田、麥道孕序、IBM琐幔、AT&T、Motorla等以及我國的一些著名企業(yè)递市，都積極在產(chǎn)品設(shè)計過程中采用這項技術(shù)，進行產(chǎn)品的有關(guān)設(shè)計檢驗碗屏、外觀訐審唁情、裝配實驗、動態(tài)分析甫匹、光彈應(yīng)力分析甸鸟、風(fēng)洞實驗等，成功地實現(xiàn)了面向市場的產(chǎn)品造型設(shè)計敏捷化兵迅。而隨之興起的快速制模尤其是快速制造金屬模具(RMT：RapidMetalTooling)則是由新產(chǎn)品設(shè)計迅速形成高效抢韭、低成本薪贫、優(yōu)質(zhì)的批量生產(chǎn)并搶占市場的必由途徑，是RPM技術(shù)進一步發(fā)展并取得更大經(jīng)濟效益所面臨的關(guān)鍵課題刻恭，成為當(dāng)前RPM技術(shù)研究的國際前沿瞧省。值此世紀(jì)之交，該技術(shù)被美國汽車工程雜志訐為全球15項重大技術(shù)之首鳍贾，受到全球制造業(yè)的廣泛關(guān)注鞍匾。

1、快速制模技術(shù)的發(fā)展簡況

隨著多品種小批量時代的逐步來臨和企業(yè)要求模具能保證新產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場骑科，開發(fā)快速經(jīng)濟模具越來越引起人們的重視橡淑，例如用環(huán)氧聚脂或其中混入金屬、陶瓷账菊、玻璃等增強材料制作的快速軟模祥喳，可用于上百件注塑成形以及汽車覆蓋件試制。其主要特點是制造工藝簡單册吹、生產(chǎn)周期短貌硬、價格便宜。但由于材料的導(dǎo)熱性和機械性能不高肢箕，這種模具難以用于快頻率的批量注塑成形以及金屬拉延件批量成形诸恤。水泥、陶瓷制作的汽車覆蓋件模具還有待進一步改善牲支。相比之下微惦，由于金屬材料具有優(yōu)良的綜合性能，金屬模具低成本快速制造成為RPN技術(shù)的努力目標(biāo)窥血。世界先進工業(yè)化國家的RPM技術(shù)在經(jīng)歷了模型與零件試制婶耕、快速軟模制造階段后，目前正向快速硬模即金屬模具制造(RMT)方向發(fā)展牢辣，RMT已成為國際RPN技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)的熱點赖厅。

2、金屬模具制造

業(yè)已提出的眾多RNT方法可分為由CAD數(shù)據(jù)及RP系統(tǒng)制作的快速原型或其他實物模型復(fù)制金屬模具的間接法和根據(jù)CAD數(shù)據(jù)直接由RP系統(tǒng)制造金屬模具的直接法兩大類晾咪。下圖表示主要的金屬模具快速制造方法的基本工藝路線收擦。直接法雖然受到關(guān)注，但由于尺寸范圍及精度谍倦、表面質(zhì)量塞赂、綜合機械性能等方面存在問題，離實用化尚有相當(dāng)差距昼蛀，目前最成熟的RNT法是間接法宴猾。

圖1 快速制造金屬模具的工藝線路

2.1間接制模法

在直接制模法尚不成熟的情況下，目前具有競爭力的RMT技術(shù)主要是粉末燒結(jié)叼旋、電鑄仇哆、鑄造和熔射等間接制模法沦辙。國內(nèi)外這方面的研究非常活躍讹剔，有許多金屬模具間接快速制造技術(shù)的研究及應(yīng)用事例油讯。如3Dsystems公司的基于SLA原型的粉末成形燒結(jié)+浸滲快速復(fù)制(Keltool)工藝、CEMCOM公司的鍍鎳+陶瓷復(fù)合(NCC辟拷，Nickel-CeramicComposite)工藝撞羽、IdahoNationalEngineeringandEnvironmental]Lab的快速凝固工藝(RSP，PaoidSolidificationProcess)和SoligenTech.Inc.公司的基于DSCP金屬薄殼成形系統(tǒng)的鑄造工藝卒亩、BadgerPattern公司的鋅合金噴涂+樹脂·金屬復(fù)合材料補強工藝和東京大學(xué)的RHST(RaopidHardSorayTooling)以及日產(chǎn)汽車公司的熔射快速制造金屬模具法等蚀攘。

Keltool方法的工藝路線是：由SLA方法生成快速原型十硅橡膠翻模得到模具的負型--填充金屬粉末及粘結(jié)劑十放入高溫爐膛內(nèi)進行燒結(jié)、滲銅--得到最終模具划万。模具型腔經(jīng)過熱處理后表面硬度可以達到48~50HRC嘴略。用A6工具鋼制造的模具能夠生產(chǎn)數(shù)千件產(chǎn)品，但此法制模過程時間長招蠕，且工藝復(fù)雜卑蚓。

NCC方法首先在SLA方法生成的快速原型上鍍上一層厚約1—5mm的鎳，然后在鎳質(zhì)鍍層上用化學(xué)反應(yīng)凝固陶瓷材料(CBC倾莽，ChermicallvBondedCeramic)作背襯補強径泉，將原型分離后得到最終模具。這一方法具有與SLA工藝同等的精度板刑，可用于注塑模制造缰兄，但要解決電鍍工序時間長和需處理廢液污染等問題。

RSP方法是用高速隋性氣體將熔化的金屬液體霧化邑键，噴射在石蠟上煤、塑料或陶瓷原型(通過SLA、SLS或LOM方法制造)上著淆，生成一薄層金屬劫狠，補強背襯并除去原型后得到模具。此法可制作注塑模具和沖壓模具永部，但是為了提高制件的表面質(zhì)量和機械性能需要進行時效處理独泞，增加了制模時間。

BadaerPattern公司苔埋、東京大學(xué)和日產(chǎn)汽車公司熔射制模法的基本工藝都是在原型表面形成熔射層阐肤，然后對熔射層進行補強并將熔射原型去除得到金屬模具。但Bad,erPattern公司只能熔射低熔點鋅合金讲坎，并采用樹脂·金屬復(fù)合材料對熔射層補強，致使模具的耐磨性和熱傳導(dǎo)性差愧薛，只能用于數(shù)百件注塑成形晨炕。東京大學(xué)開發(fā)的RHST方法則是以不銹鋼或碳化鎢合金等高融點材料為熔射材料衫画，并以金屬材料對熔射層背襯補強，從而極大地改善了熔射模具的耐久性瓮栗，使其能用于表面光滑或帶天然精細皮革紋飾塑料產(chǎn)品的大批量注塑成型以及金屬薄板成形树季。日產(chǎn)汽車公司的熔射制模法也采用不銹鋼作為熔射材料，并采用樹脂·金屬復(fù)合材料補強番链，已用于數(shù)萬至二十多萬件的轎車覆蓋件成形令叉，但與RHST法相比，該法不能用于表面帶天然精細皮革紋飾耐久注塑模具的制造蝉齐，使用范圍受到限制溜帐。

在我國，關(guān)于金屬模具間接快速制造技術(shù)的研究受到高度重視多梅，清華大學(xué)勃核、華中理工大學(xué)在鑄造模方面取得了許多研究成果;上海交大用精密鑄造法快速翻制出汽車輪胎等金屬模具;西安交通大學(xué)采用樹脂原型、研磨石墨電極苏蒿、電火花加工出(日質(zhì)模具;殷華公司及煙臺機械工藝研究所與煙臺泰利汽車快速模具公司合作采用電弧熔射鋅合金制作出快速經(jīng)濟注塑模具俩孽。

上述各種間接法都具有快速經(jīng)濟的特點。但相比之下嫉鸳，鑄造法和粉末燒結(jié)法尺寸變化大患达，制模精度不高。電鑄復(fù)制精度雖高喷聪，但制模時間長习劫、受電鑄材料種類限制且需處理廢液污染。熔射法具有模具材料種類和制模尺寸規(guī)格限制小徙硅、復(fù)制精度高等優(yōu)點榜聂。東京大學(xué)和日產(chǎn)公司開發(fā)的高融點材料熔射制模法極大地改善了模具的耐久性，因此在汽車嗓蘑、摩托車须肆、家電和建筑裝飾等行業(yè)的模具尤其是目前市場急需的汽車內(nèi)外飾件和覆蓋件模具有廣闊的應(yīng)用前景。與直接法相Lk桩皿，間接法目前雖在實用化方面占有優(yōu)勢豌汇，但由于中間工序較多且受材料性質(zhì)和制造環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致精度控制難度大泄隔。因此拒贱，開發(fā)尺寸穩(wěn)定性好的制模材料及少工序間接制模法、實現(xiàn)工作環(huán)境的安定化是提高精度的關(guān)鍵佛嬉，同時必須加快開發(fā)短流程直接制造金屬模具的方法逻澳。

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