快速金属硬模制造技术

HEATS

　　金属模具的间接快速制造法目前主要有铸造、粉末烧结、电铸、熔射等方法，国内外对此已有许多研究及应用事例。

5 o9 _7 Z: s9 X7 M' e/ Y1 c5 c. ^ 0 Q3 ^1 ?2 S# Z; i1 H

　　1、铸造制模法

* k0 e% q5 j3 B5 F

　　铸造法最早实现了与RP技术的相结合，其中有代表性的是美国3D Systems公司的“Quick Casting”工艺，其特点是采用SLA原型代替蜡模而实现了精密铸造，类似的方法还有采用FDM制造蜡模等。从理论上讲，铸造法可以用来制造注塑模、冲压模、锻造模、压铸模等，但因铸造法本身固有的缺陷，致使模具表面和尺寸精度不高，以至于难以制造表面和尺寸精度要求高的注塑和压铸模具。据报道，最近出现了不用RP原型而直接切削制作注塑和压铸模具的技术。

" V' F; U2 Q5 T+ q

　　2、粉末烧结法

6 A- s. u" i) i& t

　　3D Systems公司的“Keltool”工艺是粉末烧结法的代表。该方法在原型或硅胶模内注入金属粉末与结合剂的混合物，待其固化后脱模，经烧结、浸渗树脂或铜、锡等后而获得模具。若需要提高模具的精度，可采取添加微细球状粉末等措施。此方法的优点与粉末冶金法相类似，即对使用的材料限制少。其不足之处是复制、烧结、浸渗等工序多，致使制模时间和成本增加。

　　东京大学中川威雄研究室野口裕之开发的“Powder Casting”方法与前者的区别是，先将粉末注入硅胶模内，然后再注入结合剂，经加压、烧结、渗铜等工序后得到不锈钢模具。虽然该方法的精度高于前者，但工艺繁杂，不适于制造大尺寸模具。

! W" B$ p" k, ?. Z9 j* S

　　3、电铸制模法

　　电铸制模法是一种将快速原型和传统电铸技术相结合的方法，目前已用于高级轿车仪表板的模具制造。以CEMCOM公司的镀镍＋陶瓷复合材料补强(NCC)工艺为例，其基本过程为：先对RP原型表面进行必要的表面精整或导电处理，然后将原型作为母模(阴极)置放在电铸液(阳极)中，电铸液中的金属离子在得到还原后就会逐层沉积在原型上，从而形成电铸壳体，然后再用陶瓷复合材料对壳体进行补强，之后将原型分离就得到了模具型腔。该工艺的主要优点是复制精度高，可用于注塑、搪塑等塑料模具和压铸模等模具型腔的制造以及电火花成型电极的制造。但是，该方法同时也存在着制造周期长、成本较高，以及必须对污染废液进行处理的缺点。

, \' `9 Y _/ r- A! U2 a

　　4、熔射制模法

3 ~# O1 ~7 s# x5 e, u/ l ' t) s! P+ ]& ]; h

　　为了解决电铸法存在的问题，并克服原有熔射法制造的低熔点合金模具耐久性的不足，笔者在结合了熔射、复合材料、铸造、物理分离等技术的基础上，成功地开发出了一种由快速原型制造表面带天然饰纹的不锈钢或碳化钨合金注塑模具或金属薄板成形模具的方法。该技术的关键是开发了可熔射的高熔点合金，以及易于分离的陶瓷型熔射原型。这是因为，所需原型须由RP原型经硅胶模两次复制才能获得，由于工序较多，使精度控制难度增大，可直接制作熔射原型，从而大大缩短了制模周期、降低了成本以及提高了制模精度，尤其适于大中型金属模具的快速、低成本制造。工艺2允许模具表面使用各种不同硬度的合金，高的硬度可达HRc63，制成的模具尺寸精度可达到0.02%，平均粗糙度为0.2~0.4mm。目前，该技术已获国家发明专利并申请了新的中国和国际发明专利。

, O* ^& S% L8 N" s4 U4 H1 j