快速成型技术-第五章快速模具制造.
快速成型技术
其在处理速度上都可以很好的满足需求，而且时间跨度不大，有利于实现产品开发的高速闭环反馈。 其二：集成化，快速成型技术使得设计环节和制造环节达到了很好的统一，我们知道在快速 成型的操作过程中，计算机中
的CAD模型数据会通过软件转化的方式，自动生成数控指令，依据数据的转化实现对于部件的合理加工。由此看来设计和 制造之间的鸿沟不再存在，达到了高度的集约化。 其三：适用性，快速成型技术，适翻分层技术制造工艺，将复杂的三维切成二维来处理，极大的简化了加工流程，在不存 在三维刀具的干涉的前提下，高效的处理好复杂的中空结构。无论是从理论上来讲，还是从实践上来讲，其技术的适用性 可以应对任何的复杂构件制造。 其四：可调整性，快速成型技术，即真正意义上的数字化系统，是制造业中的利器，我们操作员仅仅需要合理设置一下相 关的参数和属性， 就可以有针对性的处理好各种产品的样品制造和小批量生产；而且在此过程中，保证了成型过程的柔韧 性。 其五：自动化，快速成型技术，实现了完全的自动化成型，只要操作人员输入相关的参数,在不需要多少干涉的情况下，实 现整个过程的自动运行。
从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及，为新的制造技 术的产生奠定了技术物质基础。
快速成形技术的快速模具制造技
基于快速成形技术的快速模具制造技术一、引言近10年来,制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。
因此，产品的快速开发技术将成为赢得２1世纪制造业市场的关键快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理,将所设计物体的ＣＡD模型转化成实物样件。
由于RＰ技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。
以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tｏoling)也正是为了缩短新产品开发周期,早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。
由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向,使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。
例如,汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模,制作周期为传统模具制造的１/３~1/1０,生产成本仅为1/3~1/５。
所以,工业发达国家已将ＲP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。
二、基于RPM的快速模具制造方法模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。
传统制作模具的方法是:对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工,得到所需模具的形状和尺寸。
这种方法既费时又费钱,特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具,往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。
而基于RＰＭ技术的RT 直接或间接制作模具,使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。
1. 用快速成形机直接制作模具由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。
例如，Ｓtｒａtａｓyｓ公司TITAN快速成形机的ＰPＳF制件坚如硬木,可承受300℃高温,经表面处理(如喷涂清漆,高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。
快速成形与快速速模具制造技术
2.分层实体制造
LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺 或称为叠层实体制造，其工艺原理是根据零件分 层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘 接成三维实体。其工艺过程是：首先铺上一层箔 材，然后用CO，激光在计算机控制下切出本层轮 廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完 成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以 固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成 形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工 完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该
2.材料问题
成型材料研究一直都是一个热点问题，快速成型材料性能要 满足：①有利于快速精确的加工出成型；②用于快速成型系 统直接制造功能件的材料要接近零件最终用途对强度、刚度 、耐潮、热稳定性等要求；③有利于快速制模的后续处理。 发展全新的RP材料，特别是复合材料，例如纳米材料、非均 质材料、其他方法难以制作的材料等仍是努力的方向。
快速成形技术的全过程可以简单描述为分层/叠加或者离 散/堆积。一个复杂的实体零件，可以认为是由一些具有 物质的点、线、面叠加而成的。从 CAD模型中获得这些点、 线、面的几何信息(离散)，把它与成形参数信息结合，转 换为控制成形机工作的 NC代码，控制材料有规律地、精 确地叠加起来(堆积)，从而构成三维实体零件。这种制造 方法又叫做自由制造
快速成形与快速速模具制造技术
•
快速成形技术的含义
快速成形(Rapid Prototyping，简称RP)技术是 20世纪 80 年代中期发展起来的一种高新技术，它从成形原理上 提出一个分层制造、逐层叠加成形的全新思维模式，即将 计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数 字控制(CNC)、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术 集于一体，依据计算机上构成的工件三维设计模型，对其 进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓信息，快速成形 机的成形头按照这些轮廓信息在控制系统的控制下，选择 性地固化或切割一层层的成形材料，形成各个截面轮廓， 并逐步顺序叠加成三维工件。
模具设计与快速成型快速成型工艺
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光固化成型工艺过程原理图
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因为树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短 时间内迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后， 所需数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经 过激光固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平 整。
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一、光固化成型的基本原理和特点 （一）光固化成型的基本原理
光固化成型工艺的成型过程如图2-2示。液槽中盛满液态 光敏树脂，氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在 控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进 行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化， 形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描 加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整 个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。
吸附式涂层结构
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SLA系统非常稳定，加工开始
成型过程自动化程度高 后，成型过程可以完全自动化，
直至原型制作完成。
尺寸精度高 SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
优良的表面质量
优点： 虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面 仍可得到玻璃状的效果。
可以制作结构十分复杂的模型 可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型
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制件易变形 成型过程中材料发生物理和化学变化 设备运转及维护成本较高 液态树脂材料和激光器的价格较高 使用的材料较少
缺点：
目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料
液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发
生聚合反应，选择时有局限性。
快速成型第5章 基于快速原型的软模快速制造技术
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（Rapid Tooling，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（SOft Tooling）和硬质模具（Hard Tooling）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。
第五章-熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
表5-2 FDM工艺成型材料的基本信息
材
料
适用的设备系统 可供选择的颜色
ABS
丙稀腈丁二烯 苯乙烯
FDM1650，FDM2000， FDM8000， FDMQuantum
白黑红绿蓝
ABSi 医学专用ABS FDM1650，FDM2000
黑白
E20
FDM1650，FDM2000
Stratasys公司的FDM技术在国际市场上所占比例最大。
图5-4 Stratasys公司的FDM-Quantum机型
尺寸：600mm×500mm×600mm
图5-5 Stratasys公司的FDM- Genisys Xs机型 图5-3 Stratasys公司于1993年开发出第一台
FDM1650机型
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
❖ 熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
材料的粘度 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很
大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 材料熔融温度
熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可 以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。 材料的粘结性
ICW06 熔模铸造用 蜡
FDM1650，FDM2000
可机加工蜡 FDM1650，FDM2000
造型材料
Genisys Modeler
所有颜色
N/A N/A N/A
备
注
耐用的无毒塑料
被食品及药物管理 局认可的、耐用的 且无毒的塑料
人造橡胶材料，与 封铅、轴衬、水龙 带和软管等使用的 材料相似
快速成型与快速模具制造技术及其应用
1976年，P. L. DiMatteo进一步明确 地提出，这种堆积技术能够用来制 造用普通机加工设备难以加工的曲 面，如螺旋桨、三维凸轮和型腔模 具等。在具体实践中，通过铣床加 工成形沿高度标识的金属层片，然 后通过粘接成叠层状，采用螺栓和 带锥度的销钉进行连接加固，制作 了型腔模，如图所示。
由DiMatteo制作的型腔模叠层模型
第三节 快速成型技术的特点及优越性
❖ 快速成型技术的优越性
◎ 用户受益 用户在产品设计的最初阶段，也能见到产品样品甚至少量产品，这使得用户能及早、 深刻地认识产品，进行必要的测试，并及时提出意见，从而可以在尽可能短的时间 内，以最合理的价格得到性能最符合要求的产品。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
1902年，Carlo Baese在他的美国专利(# 774549)中，提出了用光敏聚合 物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速成形技术—“立体平板印 刷术”(StereoLithography)的初始设想。
1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结 成三维地形图的方法。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
❖ 快速成型过程
快速成型离散和叠加过程
快速成型技术的制造方式是基 于离散堆积原理的累加式成型， 从成型原理上提出了一种全新 的思维模式，即将计算机上设 计的零件三维模型，通过特定 的数据格式存储转换并由专用 软件对其进行分层处理，得到 各层截面的二维轮廓信息，按 照这些轮廓信息自动生成加工 路径，在控制系统的控制下， 选择性地固化光敏树脂或烧结 粉状材料或切割一层层的成型 材料，形成各个截面轮廓薄片， 并逐步顺序叠加成三维实体， 然后进行实体的后处理，形成 原型或零件，如图所示。
模具的快速成型及快速制模技术
第6章模具的快速成型及快速制模技术随着生产技术的进步，新材料和先进设备的出现，使市场竞争日趋剧烈。
各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期，降低生产本钱和风险，使得快速成型及快速制模技术在生产中逐步得到了应用。
快速制模技术包括传统的低熔点合金模、电铸模具的制造技术和以快速成型技术〔Rapid Prototrping，RP〕为根底的快速制模技术。
这里介绍后种快速制模技术。
快速成型技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，开展非常迅速。
人们对材料逐层添加法这种新的制造技术已逐步适应。
制造业利用这种现代化制造手段与传统制造技术的接轨的工作也进展顺利。
有效地结合数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段，使快速成型技术已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段。
在航空航天、汽车摩托车、家电、医疗器械等领域得到了广泛应用。
型制造技术的根本原理与特点快速成型制造技术的根本原理快速成型制造技术〔Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM〕，在20世纪80年代中期由欧美、日本等兴旺工业国家提出，旨在解决常规机械加工或手工无法解决的问题。
快速成型制造技术是多学科、技术的穿插产物，融合了机械工程、材料科学、计算机技术、数控原理、光学技术等前沿技术。
全世界大约有数百家专门研究机构进展这方面的研究。
快速成型制造技术可以实现低本钱、高生产率和短周期的生产特点。
同时，从设计和工程的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、本钱、可制造性方面的限制，如下图。
图快速成型技术制造的产品根据材料的别离形式把快速成型分为两类：1〕材料去除成形多余的材料〔工艺余料〕从基体上别离出去从而得到想要加工的模型形状，它是当前的主要加工方式，也是用得最为广泛的加工方法。
2〕材料堆积成形将材料通过合理的工艺方法堆积出想要加工模型。
该模型的堆积过程是在计算机的控制下完成的，因此成型的模型形状在理论上可以任意复杂。
快速成型技术
6、BPM
它用一个压电喷射(头)系统来沉积熔化了的热塑性 塑料的微小颗粒(如图)。BPM的喷头安装在一个5轴的 运动机构上，对于零件中悬臂部分，可以不加支撑。 而“不联通”的部分还要加支撑。
LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材 表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片 材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚 粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在 截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的 网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下 降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供 料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台 上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层， 高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此 反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制 造的实体零件。
液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用 下, 能在液态表面上扫描, 扫描的轨迹及光线的有无均 由计算机控制, 光点打到的地方, 液体就固化。成型开 始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的 光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。 当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。 然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上 又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平， 然后再进行下二层的扫描，新固化的一层牢固地粘在 前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一 个三维实体模型。
• 快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。八 十年代后期，RP技术在美国首先产生并商品化。从那时 起，RP技术一直以离散堆积原理为基础和特征。简单的 说，将零件的电子模型（如CAD模型）方式离散，成为 可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段， 将这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。 由于工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，总的 来说，制造速度比传统方法快的多。也有人因该技术高 度的柔性而称之为“自由成形制造”。
快速成型技术概述
三、快速成型技术的特点 优点： • 制造任意复杂的三维几何实体。 • 快速成型产品单价与原型的复杂程度和制造 数量无关。 • 高度的柔性。 • பைடு நூலகம்型的快速性 • 信息过程和材料过程一体化。 • 技术的高度集成。
缺点： • 成型后的残余应力难以消除。 • RP技术能够处理的材料种类有限。 • 成型材料和设备价格高 • 只适用小批量生产 • 成型精度和速度不够。
四、快速成型制造工艺分类 按制造工艺原理分：
1）光固化成型（SLA）★ 2）分层实体制造（LOM) 3) 选择性激光烧结（SLS） 4) 熔融沉积制造（FDM) 5) 三维打印（3DP）
五、快速成型技术的应用：
1、在新产品研发中的应用： • 概念模型的可视化、设计评价。 • 结构设计验证与装配干涉校验。 • 性能和功能测试 2、在模具中的应用：（RT—快速模具制造） • 直接快速模具制造（树脂模、陶瓷模、金属模） • 间接快速模具制造（软质模具—硅胶模具、环氧 树脂、低熔点合金模具；硬质模具—精密铸造、 熔模铸造法、电火花加工等）。
3.在快速铸造中的应用 利用快速成型技术直接制造铸造用的蜡膜、消 失模、模样、模板、型芯或型壳等。
4.在艺术领域的应用 工艺品的制造和古文物的仿制。 • 在艺术家的创作中的应用，把创作灵感变成成品， 可以进行修改。 • 在珍稀艺术品复制或修复中的应用。 5.在医学领域的应用 • 设计和制作可植入假体 • 外科手术规划
六、快速成型技术的现状和发展趋势 现状： 快速成型技术工艺日趋成熟。 在功能上从原型制造到批量定制发展； 在应用上集中在产品的设计、测试、装配。 从RP—RM的转变。 发展趋势： 1.材料成型和材料制备 2.生物制造和生长成型 3.计算机外设和网络制造 4.快速成型与微纳米制造 5.直写技术与信息处理
快速成型制造技术
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特点： 1）SL工艺优点是精度较高; 2）表面质量好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有 台阶状不平及不同层面间的曲面不平； 3）原材料的利用率接近100％； 4）能制造形状特别复杂、特别精细的零件； 5）系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。 6）系统工作稳定
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成形时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平 台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下 按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使 粉末熔化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成 后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末 ，进行下一层的烧结，如此循环，形成三维的原型 零件。
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吴平
Company LOGOБайду номын сангаас
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上述4种快速成形方法，都有一个共同几何物理基 础：分层制造原理。从几何上讲，将任意复杂的三 维实体沿某一确定方向用平行的截面去依次截取厚 度为8的制造单元，可获得若干个层面，将这些厚度 为8的单元叠加起来又可形成原来的三维实体，这样 就将三维问题转化为二维问题，既降低了处理的难 度，又不受零件复杂程度的限制。快速成形的总体 目标是在 CAD 技术的支持下，快速完成复杂形状零 件的制造，其主要技术特征是：直接用 CAD 软件驱 动，无需针对不同零件准备工装夹具；零件制造全 过程快速完成；不受复杂三维形状所限制的工艺方 法的影响。
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特点： LOM工艺优点是无须设计和构建支撑；激光束 只是沿着物体的轮廓扫描，无需填充扫描，成型 效率高；成型件的内应力和翘曲变形小；制造成 本低。
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（3）激光选区烧结法(SLS)
以激光器为能量源，通过红外激光束使塑料、蜡 、陶瓷和金属(或复合物) 的粉末材料均匀地烧结在 加工平面上。 激光束在计算机的控制下， 通过扫描 器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫 描。激光束扫描之处，粉末烧结成一定厚度的实体 片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。根据 物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末 铺平后，开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描 完所有层面。去掉多余粉末，经打磨、烘干等处理 后获得零件。
快速成型与快速模具制造技术简介ppt课件
1. 快速成型的原理及特点
• 快速成型技术采用离散/堆积成型原理，对三维CAD 模型进行分层，使其转 换成厚度很薄的二维平面模型。通过平面模型的数控代码指导加工，再将 加工出每个薄层粘结而成形。主要包括如下几个主要步骤： （1） 产品 CAD实体模型构建：构建方法有两种，一是可通过概念设计，设计出所需 零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型）；二是可通过逆向工程， 通过三维数字扫描仪对产品原型进行扫描，而后结合逆向工程对扫描数据 进行处理。
• （2） 快速性。从CAD 设计到完成原型制作通常只需几个小时到 几十个小时，加工周期短，可节约70%时间以上，能够适应现代 竞争激烈的产品市场；
• （3） 低成本。与产品的复杂程度无关，节省了大量的开模时间
，一般制作费用降低50%，特别适合新产品的开发和单件小批量
零件的生产；
快速成型与快速模具制造技术简介
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快速成型的特点
• 计算机辅助设计与制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、材 料去除成形、材料增加成形技术以及它们的集成的总称。正是由 于它自身的成型原理决定该成型技术具有如下的一些特点：
• （1） 产品灵活性。RP技术采用离散/堆积成型的原理，将十分复 杂的三维制造过程简化为二维制造过程的叠加，使复杂模型直接 制造成为可能，越是复杂的零件越能体现RP技术的优越性；
• （2） 三维模型的分层处理：即按照一定的规律将该模型离散为一系列有序 的单元， 通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来 的三维CAD模型变成一系列的层片。
基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)
基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)2.用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。
其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。
3.用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。
这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。
用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000～1 0000件。
4. 用快速成形系统制作电脉冲机床用电极用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。
三、基于RP的快速模具制造的应用1. 利用硅橡胶模(Silicon Rubber Mold)制作佛头、线圈硅橡胶有很好的弹性和复制性能，用它来复制模具可不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精度，而且这种材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地将其切开且切面间非常贴合，因此用它来复制模具时可以先不分上下模，整体浇注出软模后，再沿预定的分模面将其切开，取出母模，即可得到上下两个软模。
(1)试验用设备和材料所用的设备：Stratasys的Titan快速成形机、HVC-1真空注型机和恒温箱。
所用的材料：日产KE-1310ST透明硅橡胶、日产CAT-1310固化剂(浇注时，KE-1310ST与CAT-1310以100：10混合)和PX215真空注型硬制聚氨脂树脂(异氰酸脂，多元醇1∶1混合)。
(2)制模工艺路线使用 UG、PRO-E、Solid Edge 等软件进行三维实体造型，以STL 文件格式保存；将文件输入快速成形机作出制件原型，处理后作为硅橡胶母模；组合模框后将硅橡胶和固化剂的混合物浇注于框中，通过真空脱泡、固化后剖切取出母样即得硅胶模；最后在真空注型机中浇注塑料样件。
模具制造工艺复习题
《模具制造工艺》复习题第一章概论1.模具制造有哪些技术要求？有何特点？答：模具的技术要求（1）模具零件应具有较高的强度、刚度、耐磨性、韧性淬透性和切削加工性（2）模具零件精度高、表面粗糙度低（3）模具零件的标准化程度高（4）模具凹凸模具有合理间隙模具制造的特点（1）模具变化多，技术要求高，对技术人员要求高（2）模具车间规模较小，对外协作程度高（3）单件生产（4）加工精度高，加工周期长（5）模具通常需要反复修配、调整才能达到要求2.模具制造过程的包括哪几个阶段？答：模具的制造过程包括五个阶段：技术准备、材料准备、模具零件及组件加工、装配调试、试模鉴定。
3.模具制造的基本工艺路线包括哪些内容？模具制造的基本工艺路线：分析估算－模具设计－零件加工－装配调整－试模－成品。
第二章模具的机械加工1.解释名词：夹具磨削法，计算机辅助设计CAD，计算机辅助制造CAM。
夹具磨削法：指将工件至于成形夹具上，利用夹具调整工件的位置，使工件在磨削过程中作定量移动或转动，由此获得所需形状的加工方法。
计算机辅助设计CAD：利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。
计算机辅助制造CAM：在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。
2.模具机械加工的主要方法有那几种？答：车削加工、铣削加工、磨削加工、镗削加工、钻削加工、刨削和插削加工等3.了解车削加工、铣削加工、刨削和插削加工、磨削加工用于模具加工的主要加工对象以及正常条件所能达到的技术要求？车削加工：对象：圆盘类、轴类零件的加工。
如导柱、导套、顶杆、模柄等，技术要求：加工精度达IT6－IT8，粗糙度Ra=1.6-0.8μm。
铣削加工：对象：利用不同类型的铣刀和附件（分度头、回转台）以及工装夹具可加工各种平面、斜面、沟槽、台肩、型腔和孔。
加工精度可达IT10-IT8，Ra＝1.6-0.4μm刨削加工：主要加工对象为模具零件的外形。
模具的快速成型与快速制模技术介绍
几种常用的电铸工艺方法
1）电铸镍 优点：表面质量好，成形的机械强度和硬度较高； 缺点：制造周期长，成本高。
2）电铸铜 优点：导电性好、操作方便，成本低； 缺点：机械强度和耐磨性差，不耐酸，易氧化。
设计
设计
材料堆积成形 材料分离成形
铸造
锻压
焊接
模具
加毛 坯
粗加工
半精工
精加工
工件
工件
传统加工与快速成形对比
模具 样件
快速成型的加工特点 效率高 ； 自动化高； 非接触； 产品形状任意；
常用的软件及文件接口： 只要有三维实体或曲面造型功能的软件基本上都能满足如： UG、PRO/E、CATIA、MDT等 格式要求有通用性如：IGES（IGS）、STEP、STL等
间接制模技术制造环氧树脂模具
1）根据实体构建三维实体数字化模型，模框； 2）模型的表面处理（打磨）； 3）选择设计分型面，保证制件能顺利脱模； 4）分型面剂原型面涂抹脱模剂； 5） 刷胶衣树脂； 6）浇铸凸、凹模； 7）固化，取出原型后修模。
6.4 电铸模具 6.4.1 电铸工艺的原理
电铸原理与电镀的 原理相同
选择性激光烧结（Selected Laser Sintering——SLS） 原理：激光烧结 材料：陶瓷、金属粉等等； 截层厚度：0.1~0.2mm 优缺点：材料使用广；适 合中小型制件；成型效率 不高；后处理复杂
选择性激光烧结原理图
熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling——FDM） 原理：激光热熔
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快速直接制模
用FDM 法直接制成金属模。 将不锈钢粉末用FDM 法制成金属型后，经过烧
结、渗铜等工艺渗铜等工艺制成了具有复杂冷 却液道的注塑模。
快速软模（Soft Tooling）制造
所谓软模具，是指用硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂
等材料制作的模具。用快速成形件作母模（凹 模），浇注上述材料可形成软型腔，形成软模具， 这种软模具可用小批量生产，例如：注塑件、低
硅橡胶模具制造过程
7.待完全固化后，拆除围框，随分模边界用手术
刀片沿着定位线对硅胶模分型。
硅橡胶模具制造过程
8.把定型样件完全外露，并取走，得到硅胶模。 如果发现模具有少量缺陷，可以用新配的硅橡胶 修补，并经同样固化处理即可。
快速软模实例
硅橡胶制造模具注意问题
1.型框尺寸的大小:过大会浪费硅橡胶的用量,同 时导致取模的难度.过小不利于浇注.
硅橡胶模的缺点
1.导热性能差 2.寿命短 3.不能成形真实的零件 4.不能采用热注射工艺成形工件
快速软模制作用材料
快速软模制作主要用材料为硅橡胶。硅橡胶 （Silicone Rubber）是一种分子键兼具无机和 有机性质的高分子弹性材料，它的分子主键由硅 原子和氧原子交替组成，其分子式为：
① 在快速成形的母模上，浇注蜡、硅橡胶、环 氧树脂、聚氨脂等软材料，从而得到软模具；
② 在快速成形的母模上，电镀、喷涂、烧结金 属或者陶瓷，从而得到硬模具。 （2）与精密铸造结合，生产出金属件，再制造 模具 (3) 用快速原形件制作电加工的电极
快速直接制模
直接制模是用SLA、SLS、FDM、LOM等快速成 型工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模 等模具，其优点是制模工艺简单、精度较高、工 期短，缺点是单件模具成本较高，适用于样机、 样件试制。
硅橡胶的分类
快速模具用的硅橡胶主要有： 1.室温硫化硅橡胶（Room Temperature
Vulcanized rubber），可以承受316℃的高温。 2.热硫化硅橡胶（Heat－cured Vulcanized
rubber），可以承受538℃的高温。
快速软模材料及特点
（1）TE-1089硅橡胶，属于双组分室温硫化硅 橡胶，具有优异的柔韧性，极强的抗撕强度，及 耐高温、耐化学腐蚀性。
CAFE模的制作过程
9.用定位销使型芯与型腔对准，在要求位 置钻推料孔，安装推料板于推料杆，连接 冷却管，最后整个装配件置于标准模架中。
烧结工具钢/碳化钨－渗铜 （3D keltool）模
烧结工具钢/碳化钨－渗铜（3D keltool）模 3D Systems公司的“Keltool”工艺是粉末烧 结法的代表。
（2）甲基乙烯基硅橡胶，耐高温性，低温弹性， 耐气候性，具有卓越的电性能，优良的物理机械 性能，耐化学物质性能，透气性，生理惰性。
（3）RTV358，是一种室温硫化非透明硅橡胶， 它在25度加入固化剂，经24小时后初步固化成弹 性体。
快速软模材料及特点
（4）RTV141，是一种室温硫化透明硅橡胶，它 在25度加入固化剂，经24—48小时后初步固化成 弹性体。
2.安放原型:将原型固定在平板上,制作模框. 3.在原型表面贴粘土和石膏背衬 4.硅橡胶的浇注 5.固化 6.修理
硅橡胶模具的应用
主要生产一些浇注产品,能够缩短产品的制造时间, 降低成本,提高效率.
生产工艺过程: 清洗模具→喷离合剂→组合模具→树脂计算→脱
泡混合→真空浇注→硬化→取出
前段内容复习
一.快速成型技术的原理 二.快速成型技术建立理论基础 三.四大快速成型工艺 1.光固化成型法:原理,装置组成及各装置作用,影
响质量因素,特点. 2.叠层实体制造工艺:原理,装置组成及各装置作用,
影响质量因素,特点. 3.丝材选择性烧结:原理,装置组成及各装置作用,
快速响应用户最新的需求。这种趋势在汽
车、摩托车、电子产品、家电产品、玩具
பைடு நூலகம்
等制造业显得尤其突出。
实现新产品的快速、高效开发涉及多种 领域的先进技术，例如，计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅 助制造(CAM)、新材料，以及产品与相应 工艺装备的快速成形、制造等，其中特别 是有关模具的设计与制作技术。
6.在真空状态下，将CAFE模用材料浇于母模的 外面，并使其固化。
CAFE模的制作过程
7.将母模于完全固化的CAFE模倒置，拆除 分型板，在母模反面于先前固化的CAFE模 上涂脱模剂，重复上述过程；
CAFE模的制作过程
8.12小时后，第二部分CAFE模已经完全固 化，即型芯和型腔分成彼此分离的两部分， 此时移去母模；
首先使用三维软件进行三维实体造型，以STL文 件格式保存，将文件输入快速成形机利用不同的 快速成型工艺作出制件原型，经过后处理作为硅 橡胶母模。
硅橡胶模具制造过程
2.制作型框和固定原形 首先要分析原型，选择分型面和浇口位置，
选择不同分型面的目的就是要使得脱模较为方便， 不损伤模具，避免模具变形或者影响模具应有寿 命，然后在分型线处贴上薄的透明胶带。
工作液箱 工具电极 工作液
步进电机 Z向
数控系统及电源柜
工件电极 步进电机
}脉冲电源
X向
}轴伺服系统
Y向
步进电机
电火花加工工件
传统的制模方法缺陷
① 精度低。 ② 制作周期长，如快速切削铝模需要2～4周时间。 ③ 柔性差：元件有所改变时，模具很难修改，不得不重
做。
传统的制模方法及其缺陷
它的特点是： 1.制模周期短，一般为传统模具制造的1/3～
1/10 ； 2.工艺简单，易于推广； 3.制模成本低（仅为传统制模的1/3～1/5 ） 4.精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合
经济效益良好。
快速制模技术分类
快速制模技术分类主要有两大研究方向: 1.直接快速制模技术,即用粉末烧结法,丝状材料
内容总结
1.硅橡胶模具优缺点 2.工艺过程 3.注意事项 4.经济型硅橡胶模具生产 5应用
铝填充环氧树脂（CAFE）模
铝填充环氧树脂（Composite Aluminum-Filled Epoxy）模，是利用快速 成形的母模，在室温下浇铸铝基复合材料， 即铝填充的环氧树脂而形成的模具。这种 制模方法快速、经济，适用于多种树脂， 可用于注塑20～500件工程热塑料工件。
上述三种缺陷中精度和周期是重要的问题，
只要解决了样模精度，模具精度自然就迎刃面解
了，因此如何提高样模精度已成为快速制模技术
继续深入发展的关键，也是我们要加以解决的重
要课题。
快速成型技术的应用
快速模具制造
快速模具制造（Rapid Tooling，简称RT），是 以RP为技术支撑而发展起来的新型制造技术.
2.选择合适的分型面:原则是选择投影面积大的面 作为分型面.
3.对于较高的薄壁件,选择分型面时要将薄壁放在 同一半模中,以防捆绑时薄壁的变形,影响尺寸误 差.
4.对于存在大面积平面形状的原型,应选择合适的 浇注位置和方向.浇注位置应选在重心附近.浇注的 方向应避免大面积平面形状位于最上面,导致气体 无法排除.
5.在开模的时候,刀的头部是走直线,到尾走曲线, 使硅胶模的分模面形状不规则.这样可以合模时准 确定位.
经济型硅橡胶模制造的一种工艺方法
由于硅橡胶材料很贵,尤其是生产大型的单件制品. 为此,出现了通过与石膏混合制作硅橡胶模具的工 艺方法.工艺过程如下:
1.原型的制作:采用快速成型工艺制作以及后处理 工艺
硅橡胶模具制造
硅橡胶模的优点
1.制作周期短 通常，根据工件的CAD 文件，能在几天内
提供硅橡胶软模，以及用软模成形的聚氨酯塑料 件。与传统金属模注塑原型工件相比，用硅橡胶 模真空浇注聚氨酯原型，能缩短开发周期高达 90%。 2.成本低
与CNC 机加工的金属模相比，软模的制作费 用低得多，一般只有金属模的几分之一。
CAFE模的制作过程
1.制作母模与分型板，母模可以用RP或 CNC制作。
2.在母模表面涂覆一层薄层脱模剂。
CAFE模的制作过程
3.将母模表面与分型板放置在型框中。 4.在型框中靠近母模处设置冷却管。
CAFE模的制作过程
5.预混精细研磨铝粉，双组分热固性环氧树脂， 并在真空中排气，去除气泡。
影响质量因素,特点. 4.粉末材料激光烧结:原理,装置组成及各装置作用,
影响质量因素,特点. 四.快速成型前处理过程 五.快速成型工艺工件质量的控制.
第五章
快速模具制造
一.概述
随着社会的进步与经济的发展，市场
竞争愈来愈剧烈，迫使制造业在不断改善
产品的性能与品质的前提下，最大限度地
缩短新产品的开发周期、降低成本，以便
硅橡胶模具制造过程
5.将抽真空后的硅胶倒入构建的围框内，之后， 将其放入压力罐内，在0.4~0.6MPa压力下，保 持15~30 分钟以排除混入其中的空气。
硅橡胶模具制造过程
6.硅橡胶固化 浇注好的硅橡胶，要在室温25摄氏 度左右放置4－8小时，待硅橡胶不粘手后，再放 入烘箱内100摄氏度下保持8小时左右，这样即可 使硅橡胶充分固化 。
二.传统的制模方法
传统的制模技术大都是依据样模(母模)，采用 拷贝方式(如铸造、喷涂、电铸、复合材料浇注等) 来制造模具主要工作零件(凸、凹模或模腔、模芯) 的。
1.传统制造模具的具体方法
(1) 机械加工方法:传统的切削法
(2) 仿形加工法
(3) 特种加工法:电火花成型加工法;电火花线切割加工 法,电化学加工法等
（5）TEKSIL高温硫化硅橡胶，它比室温硫化硅 橡胶有更好的性能，硬度HSA55—75，抗拉强度 12.4—62.1MPA，工作温度可以达到150—500 度。