23快速原形制造的应用.PDF

2.3 快速原形制造的应用 快速成型技术除了应用于快速制造模具之外，还应用于军事、航天、文物、考古、医学 及工程等领域。 2.3.1 快速制模技术 RP 技术在模具制造中的应用称为快速制模技术。同传统的模具制造工艺方法比，它的 制造时间为传统工艺的 1/3～1/10，而成本大概只有1/3～1/5 ，对于模具试制，市场开发 有着重要的意义。 快速模具制造技术可以分为直接制模技术和间接制模技术，主要用于制造注塑模和铸造 模等的生产。把熔模铸造、喷涂法、陶瓷模法、研磨法、电铸法等转换技术与快速原形制造 结合起来，就可以方便、快捷地制造出各种简易模具和永久性金属模具。 1．直接快速制模技术 直接快速制模技术(Direct Rapid Tooling DRT)，是指用SLS、FDM、LOM 等快速成型工 艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模或金属模等的成形方法。直接快速制模技术目前尚处于研 究开发阶段，主要应用实例： 制造纸质模具或模样可以采用特殊的纸质，利用快速成形工艺方法可以直接将模具的三 维CAD 模型制成纸质原型，用作模具，其坚如硬木，并可承受200℃左右的温度，经过表面 打磨处理可用作注塑模，还可用于制作金属永久模的金属树脂粉末等。使用直接快速制 模法制造模具的内腔硬度高于75HRC，如正确使用，可注塑零件50000 件以上，属于能直接 用于批量生产的模具。 2．间接快速制模技术 快速原形直接模具制造难于控制模具的精度和性能，后续处理需要的特殊设备与工艺使 成本较高，模具的尺寸也受到较大的限制。与之相比，间接快速制模技术则是通过快速原形 技术结合精密铸造、金属喷涂制模、硅橡胶模、电极研磨、粉末烧结等技术，间接的制造出 模具。 间接快速制模工艺流程，如图2-9 所示。 图2-9 间接快速制模工艺流程图 随着原形制造精度的提高，各种间接快速制模工艺已基本成熟，其方法则根据零件生产 批量大小而不同。常用的有硅橡胶模(50件以下)、环氧树脂模(400～800 件以下)、金属冷 喷涂模(3000件以下)、快速制作EDM 电极加工钢模(5000件以上)等。主要应用实例如下： （1）硅橡胶模具的制作 利用纸质或树脂原型为母模，用硅橡胶制成的模具称为硅橡胶 模。向模具型腔内浇入蜡、树脂、石膏等材料，待材料固化后即得到所需的制件。由于硅橡 胶具有良好的柔性和弹性，对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或者有倒拔模斜度及具有 深凹槽的模具来说，制件浇注完成后均可在不损坏硅橡胶模的情况下直接取出，相对于其他 材料制成的模具具有独特之处。硅橡胶模可广泛应用于结构复杂，式样变更频繁的各种家电、 汽车、建筑、艺术、医学、航空、航天产品的制造，如精铸蜡模的制造、艺术品的仿制和生 产样件的制备。在新产品试制或者单件小批量生产时，具有生产周期短、成本低、柔性好的 优点。硅橡胶模成本低，制作过程简单，生产中不需要高压注射机等专门设备，脱模容易。 手机外壳橡胶模，如图2-10 所示。 图2-10 手机外壳橡胶模 电子产品注射模，如图2-11 所示。 图2-11 电子产品注射模 （2）快速成形石墨电极 用电火花技术加工模具正成为一个常规技术，但是电火花电极 的加工往往又成为生产过程中的“瓶颈”。现在快速成形技术已成功地应用于铜电极和石墨 电极的制作，大大缩短了电极的加工时间，为快速制模提供了必要的条件。 石墨电极是电火花加工中常用的工具电极，它不仅具有良好的导电性能和化学稳定性， 而且还有耐腐蚀、热膨胀小等优点。但是，用常规机械加工方法加工石墨电极经常产生崩碎 现象，尤其是表面形状复杂、精细度高的石墨电极，采用常规机械加工方法更为困难，甚至 无法加工。快速制造整体电火花石墨电极可避免以上不利的情况发生。 具体加工过程是：由RP 原型(阳模)直接复制出三维研具(阴模)，再在石墨电极研磨机 上用研具研磨出三维整体电极(阳模)，从而加快了石墨电极的制造。对加工损耗后的石墨电 极经短时间重新研磨可快速得到修复。该工艺尤其适用于具有自由曲面不便于数控编程加工 的石墨电极的制造。 应用案例：我国美的公司为参加国际订货会，设计了一款空调机，如果采用传统方法， 仅模具制造费就需600 万元，不仅制造周期长，赶不