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第5章基于快速原型的软模快速制造技术

快速原型由于受其制造方法所要求的使用材料的限制，并不能够完全替代最终的产品。

因此，在新产品功能检验、投放市场试运行获得用户使用后的反馈信息以及小批量生产等方

面，仍需要由实际材料制造的产品。因此，利用快速原型作母模来翻制模具并生产实际材料

的产品，便产生了基于快速原型的快速模具制造技术（RapidTooling，RT）。

RT技术突出的特点就是其显著的经济效益，它与传统的数控加工：模具方法相比，周

期和费用都降低V10～1／3左右，见表5－l。近年来，工业界对RT的研究开发投入了日益

多的人力和资金，RT的收益由此也获得了巨大增增长据SME统计，近年来RT服务的收

益年增长率均高于RP系统销售。

5．1快速模具的分类及基本工艺流程

基于RP的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类。直接制模法是直接采用

RP技术制作模具，在RP技术诸方法中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法（SLS

法）。用这种方法制造的钢铜合金注塑模，寿命可达5万件以上。但此法在烧结过程中，

材料发生较大收缩巳不易控制，故难以快速得到高精度的模具。目前，基于RP快速制造模

具的方法多为间接制模法。间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具。依据材质不同，间

接制模法生产出来的模具一般分为软质模具（SOftTooling）和硬质模具（HardTooling）两

大类。

软质模具因其所使用的软质材料（如硅橡胶、环氧树脂等）有别于传统的钢质材料而得

名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市

场试运行，以及国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面均受到高度重视，尤其适合

于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。目前提出的软质模具制造方法主要有硅橡胶浇

注这、金属喷涂法、树脂浇注法等。

软质模具生产制品的数量一般为50～5000件，对于上万件乃至几十万件的产品，仍然

需要传统的钢质模具，硬质模具指的就是钢质模具。利用RP原型制作钢质模具的主要方法

有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。

图5－1给出了基于RP的快速模具方法的分类及应用。图5－2给出的是基于RP原型

母模一次转换浇注方法制作样件或成型模具的工艺流程。

5．2硅橡胶模具快速制造技术

硅橡胶模具制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅橡胶模具具有良

好的柔性和弹性，能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至具有倒拔模斜度，以及具

有深凹槽类的零件，制作周期短，制件质量高，因而备受关注。由于零件的形状尺寸不同，

对硅橡胶模具的强度大小要求也不一样，因而制模方法也有所不同。

目前，制模用硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分为缩合型和加成型两类。

缩合型模具硅橡胶的主要组分包括：端基和部分测基为羟基的聚硅氧烷（生胶）、

填料、交联利和硫化促进剂。

加成型模具硅橡胶的主要组分包括：端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷（生胶）、

含氢硅油（交联剂）、铂触媒（催化剂）、白炭黑（填料）。

目前，这两种模具硅橡胶材料已在国内外许多行业获得了广泛应用。一般来说，缩合型

模具硅橡胶的抗剪强度较低，在模具制造过程中易被撕破，因此很难用于那些花纹深、形状

复杂的模具。在用缩合型模具胶制造厚模具的过程中，由于缩会交联过程中产生的乙醇等低

分子物质难以完全排出，致使模具在受热时硅橡胶降解老化而显著影响其使用寿命；同时由

于乙醇等低分子物质的排出致使硫化胶的体积收缩，从而造成模具的尺寸小于相应的原型尺

寸。因此，缩合型模具硅橡胶大多用做塑料与人造车生产中的高频压花模具，或用于一些尺

寸要求不精密的工艺品制造。

由于采用加成硫化体系，加成型模具硅橡胶在硫化时不产生低分子化合物，因而具

有极低的钱收缩率，胶料可以深部固化，而且物理性能、力学性能和耐热老化性能优异，成

为了模具胶中正在大力发展的品种。加成型模具硅橡胶适用于制造精密模具和铸造模具，而

且模具制造工艺简单，不损伤原型，仿真性好。

5．2．1硅橡胶模具的特点

硅橡胶具有良好的仿真性、强度和极低的收缩率。用该材料制造弹性模具简单易行，

无需特殊的技术及设备，只需数小时在室温下即可制成。硅橡胶模具能经受重复使用和粗劣

操作，能保持制件原型和批量生产产品的精密公差，并能直接加