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，使市场竞争日趋激烈。各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期，降低生产成本和风险，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）为基础的快速制模技术。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，发展非常迅速。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。
6.1快速成型制造技术的基本原理与特点
6.1.1快速成型制造技术的基本原理
1.快速成型制造技术的概念
快速成型制造技术（Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM），在20世纪80年代中期由欧美、日本等发达工业国家提出，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、技术的交叉产物，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行这方面的研究。快速成型制造技术可以实现低成本、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、成本、可制造性方面的限制，如图6.1.1所示。
图6.1.1快速成型技术制造的产品
根据材料的分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）从基体上分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。
图6.1.2为快速成型制造技术所涉及的主要工艺和设计内容
模型的原件采集数据电云产品逆向工程
薄片/层资料输入
CAD模型（曲面、实体）IGES、STL、CLI等模型文件
形态分类：薄片、颗粒、线、粉末、液体
材料
按材质分类：纸、树脂、尼龙、塑料、陶瓷
设计
应用工程与分析应用行业：航空、航天、汽车、医疗、消费产品
加工与制造
单激光光束
光硬化双激光光束
方法光罩曝光
剪切与粘结
熔接于固合
黏着
图6.1.2快速成型技术的主要内容
2.快速成型技术的基本原理
快速成型（RP）一般来讲是属于堆积成形，通过离散的区域得到堆积的约束、路径及方法，通过材料叠加堆积而形成三维实体模型。快速成型技术（RPT）将CAD、CAM、CNC、伺服反馈技术、光电子技术、新材料等技术集于一体，依据CAD系统构建的三维模型，进行分层切片处理，得到各层切面的轮廓。得到的轮廓再作为原始加工数据，激光束按照相应的轮廓切割一层一层的粉末材料（或固化的一层一层液态树脂，或一层一层的纸料）。也可以是喷头按照轮廓喷射一层一层的粘结剂或热熔材料（如塑料），从而形成各个切面并逐步累加得到三维模型的产品。它将复杂的三维加工简化成若干二维平面加工的组合。相对于传统产品的加工方式，省了许多工序，给周期和加工成本以很大影响。图6.1.3是成形原理图。
图6.1.3 快速成形原理图
3. 快速成型技术的基本特点
快速成型技术系统将CAD、CAM等加工方式集与一体，他的应用有如下特点：
1）用于新产品开发通过RP技术，设计人员可以在较短的时间内得到所设计的产品
实物模型，评估该产品的可行性。
2）产品的加工不用刀具分离材料采用数控技术控制多层叠料得到产品，因而材料得到了最大化应用。
3）应用快速制造模具通过电铸、电弧喷涂技术由塑料件制造金属模具；将快速成形的原型当作消失模，进行精密铸造；快速原型制造石墨电极，用该电极加工出模具型腔等。
4）不需要前期投入专门工装该加工方式对于批量、小量、单件均可进行相同的方式加工。特别对于新品试制，控制成本、减小风险有着重要作用。
5）在逆向工程（Reverse Engineering）中有着广泛的应用通过激光扫描、自动断层扫描等技术将得到的数据构建成CAD 模型，然后再用于RP加工，可以将现有的产品复制，或按照生产需要加以改进等。在人造骨骼、手术计划模型等医学方面有广泛的用途。
4.快速成型的发展阶段
按照快速成型的发展的自动化程度，将其发展划分为三个阶段。
1）手工原型
?长达若干年的传统工作与技能积累
?原型被当作需要技能的工艺（依据传统，并且需要手工操作）
?着重于原型的材料
?采用的是“自然的”原型技术
2）虚拟原型
?时间上从20世纪70年代中期
?原型的复杂程度有所增加
?虚拟原型能被用以施加外力，并被复制，可用于精密仪器测试一些特性
3）快速原型（快速成型）
?时间上从20世纪80年代中期
?特点是依赖于CAD技术的发展
?能在短时间内制造出具有强度的原形件
?能有助于提升产品的改型、制造、装配等等
6.1.2快速成形加工的特点
与传统的加工方式相比，快速成形在加工周期和成本上都有着无可比拟的优势，它突破了毛坯→切削加工→成品的传统加工模式，不用刀具制造零件，基本上无废料。因此有以下几个优点：
1）可迅速制造出自由曲面和更为复杂的零件，不用担心常规加工不能加工的区域；
2）由于它是非接触加工，因此，加工不需要专门的刀具、夹具等工装，也不用担心常规加工时机床震动；
3）可实现无人值守的完全自动化；
4）加工效率高，能快速制作出产品的实体模型和模具。
图6.1.4是传统加工方式和快速成形制造的工艺流程的对比。
b)快速成形加工
图6.1.4 传统加工与快速成形的工艺流程
6.1.3快速成型常用的软件介绍
由于快速成型要求在加工前，计算机上要有三维的数字化模型，可供切片处理。因此对于快速成形的CAD系统都要求有较强的三维处理能力。三维模型的处理能力主要在两个方面上的应用：三位实体造型（Solid Modeling）和表面造型（Surface Modeling）功能，后者对构造复杂的自由曲面有重要作用。快速成型行业中常用的有如下软件：
软件名称开发公司
Pro/Engineer PTC
Autocad Autodesk
Unigraphics EDS
Catia IBM
1.三维模型的表达方法
随着计算机的辅助设计（CAD)技术的发展，出现了许多三维模型的表达方法，其中常见的有以下几种：
（1)构造型立体几何表达法（Constructive Solid Geometry，简称CSG法）
构造型立体几何表达法用布尔（Boole）运算法则（并、交、减），将一些简单的三维几何基元（如立方体、圆柱体、环、椎体）予以组合，变化成复杂的三维模型实体。
（2)边界表达法（Boundary Representation，简称B—rep）
边界表达法根据顶点、边和面构成的表面来精确的描述三维模型实体。此方法的优点是：能快速的绘制立体或线框模型。缺点是：它的数据是以表格形式出现的，空间占用量大；修改设计不如CSG法简单。
（3)参量表达法（Parametric Representation）
对于自由曲面，难于用传统的几何基元来进行描述，可用参量表达法。这些方法借助参量化样条、贝塞尔（Bezier）曲线和B样条来描述自由曲面，较好的一种是非均匀有理B样条（NURBS）法，它能表达复杂的自由曲面，允许局部修改曲率，能准确地描述几何基元。
为了综合以上方法的优点，现代CAD系统常采用CSG、B—rep和参量表达法的组合表达法。
（4)单元表达法（Cell Representation）
单元表达法起源于分析（如有限元分析）软件，在这些软件中，要求将表面离散成单元。典型的单元有三角形、正方形或多边形。在快速成型技术中采用的三角形近似（将三维模型转化成STL格式文件），就是一种单元表达法在三维表面的应用形式。
2．快速成型技术中常用的文件格式
(1) IGES/IGS (International Graphics Exchange Standard)
它使最老的一种标准，几乎为所有CAD软件供应商所采用的国际标准数据转换格式。但是，在IGES的发展过程中，出现了下属的分支，而且各个供应商对IGES的标准理解不同，往往会出现各个CAD系统的IGES 文件标准的差异（如IGES128、IGES126等等）。
（2）STEP（Standard for The Exchange of Product ）
这是一种近年来逐步国际标准化的标准，现在已为绝大多数软件供应商所采用。
（3）STL（Stereo Lithography Interface Specification）
它是目前快速成形中最常见的一种文件格式，也为大多数CAD供应商所采用。就像CAE 软件中的网格划分，它是将CAD模型离散成若干小三角形的平面组合。该方法对几何体的描述依赖于三角形的划分，通常对于细部特征需要较密的三角形，因而对于微小的细部特征可能描述不到或不清楚，现代快速成形制造中，越来越多的专家学者试图用其他文件甚至专用软件来描述CAD的实物模型，以便于模型前处理：如模型拓扑优化、模型转换、模型的分割合并及模型的切片处理等。
6.2快速成形加工的方法
6.2.1光固化立体成形（Stereo Lithography Apparatus—SLA）
此工艺方法也称为液态光敏树脂选择性固化。是一种最早出现的RPT，它的原理如图6.2.1所示。液槽中盛满液态光敏树脂3，它在激光束的照射下快速固化。成形开始时，可升降工作台6使其处于液面下一个很厚的地方。聚焦后的紫外激光束在计算机的控制下按截面轮廓进行扫描，使扫描区域的液态树脂固化，形成该层面的固化层，从而得到该截面轮廓的薄片。然后工作台下降一层的高度，其上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层的扫描固化，与此同时新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复到整个产品完成，一般截面层厚度在0.076~0.038mm的范围。工件从料槽中取走后还需进行后固化，在工作台和工件取下后，将多余的树脂用溶剂清洗后，工件放入专门的后固化装置，经过一段时间的曝光处理后，工件才完全固化，而该时间的长短视材料、工件的大小和形状的复杂程度而定，再进行相应的打光、电镀、喷涂、着色等工艺措施。
SLA是最早投入商业应用的快速成形技术，相对于其他成形方式成熟，能制造精度较
高的工件，一般情况下可控制在0.1mm的范围内。
1-激光发生器；2-成形零；3-光敏树脂；4-液体面；5-刮平器；6-升降台
图6.2.1光固化立体成形工艺原理
这种方法适合成形小件，能直接得到塑料产品，表面粗糙度质量较好，并且由于紫外激光波长短（例如He-Cd激光器，λ=325mm），可以得到很小的聚焦光斑，从而得到较高的尺寸精度。缺点是：
1）需要设计支撑结构，才能确保在成型过程中制件的每一个结构部分都能可靠定位；
2）成形中有物相变化，翘曲变形较大，也可以通过支撑结构加以改善；
3）原材料有污染，可能使皮肤过敏。
6.2.2叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing ——LOM）
叠层实体制造也称薄形材料选择性切割，是近几年才发展起来的一种快速成型技术。展开装置将涂有热熔胶的箔材带（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔）8，经热压辊6加热后，一段段送至工作台上方。激光切割系统，根据三维模型提取的每一个横截面的轮廓，在计算机的控制下，用CO2激光束对工作台上的箔材沿轮廓线切割成所制制件的内外轮廓，制件轮廓以外的区域被切割成小方块，成为废料。在该层切割完成后，工作台下降相当于一个纸厚的高度，然后新的一层纸再平铺在刚成形的面上，通过热压装置将其与已切割的型面粘合在一起，激光束再一次进行新的轮廓切割，以此逐步得到各层截面，并粘结在一起，形成三维产品。其工艺过程原理如图6.2.2所示。该工艺材料的厚度一般0.07~0.15㎜之间，由于激光束只需扫描面轮廓，成形速度较快，制件完成后用聚氨酯喷涂即可。
扫描器件有的采用直线单元，适合于大件的加工。也可采用振镜扫描方式。这种方法适合成形大、中型零件，翘曲变形小，成形时间较短，但尺寸精度不高，材料浪费大，且清除废料困难。该方法选用的原材料目前种类较少，尽管可选用若干种类的材料，如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔以及其他合成材料，但目前常用的只是纸，其他材料还在研制开发中。
1-收纸辊；2-升降工作台；3-加工平面；4-定位装置（切割头）；
5-激光器；6热压辊；7-计算机；8-箔材带；9-展开辊
6.2.2 叠层实体制造LOM法原理图
6.2.3选择性激光烧结（Selected Laser Sintering——SLS）
选择性激光烧结采用CO2激光器对粉末材料（如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、金属粉、覆膜陶瓷粉）进行选择性烧结。是一种将离散点一层一层堆积成三维实体的工艺方法，其原理如图6.2.3所示。
图6.2.3 选择性激光烧结原理图
选择性激光烧结成型时，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点之下。成形时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作台上均匀地铺上一层很薄的粉末材料（0.1~0.2）mm。激光束在计算机的控制下，按照CAD模型离散后的截面轮廓的信息，对制件的实体部分所在区域的粉末进行烧结，使粉末熔化形成一层固化轮廓。一层完成后，工作台下降一个层厚，再进行后一层的铺粉烧结。如此循环，最终形成三维产品。最后经过5~10个小时的冷却，可取出工件，没有烧结的粉末对正在烧结的工件可起支撑作用，取出工件后未烧结的粉末可重复利用。
这种方法适合成形中、小型零件，能直接制造蜡膜或塑料、陶瓷和金属产品。制件的翘曲变形比SLA工艺小。这种工艺要对实心部分进行填充式扫描烧结，因此成形时间较长。零件的表面粗糙度的高低受到粉末颗粒和激光束大小的限制。零件的表面一般是多孔性的，后处理比较复杂。
该方法可烧结覆膜陶瓷粉和覆膜金属粉，得到成形件后，将制件置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物（如铜）。它的最大特点在于使用材料很广，几乎所有的粉末都可以使用，所以其应用范围很广。
6.2.4熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling——FDM）
熔融沉积成形也称丝状材料选择性熔覆，它不像前几种工艺方法依靠激光光束作为能源，而是直接将丝材熔融，其原理如图6.2.4所示。三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓的信息，做x、y、z运动。丝材（如塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热、熔化到略高于其熔点的温度，达到半流动状态，然后被选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后
形成一层截面。一层完成后，工作台下降一层厚，再进行后一层的涂覆，如此循环，形成三维产品。层厚一般在0.025~0.762mm之间。
这种方法成形速度较慢，适合成形小塑料件特别是瓶状和中空零件工艺简单、费用较低。制件的翘曲变形小，但需要设计支撑结构。该方法成形精度较低，难以构建结构复杂的零件。为了克服成形速度较慢这一缺点，可采用多个热喷头同时进行涂覆，提高成形效率。
6..2.4 熔融沉积成形原理图
快速成形加工方法多达上百种，三维打印技术（Three-Dimensional Printing），固基光敏液相法、热塑性材料选择性喷洒技术等等，现实生产中最常用的就是以上几种工艺方法。
较低；难以用于复杂零件的制造；强度不高；
6.3快速成形技术在模具制造中的应用
产品的开发周期中，模具的开发周期占了很大比重。由于传统模具制造过程时间消耗多、成本高、而且加工工序复杂。快速制模技术正是在这种背景下出现的，而且已逐渐成为快速成形技术的重要推动力之一。
6.3.1快速制模技术的概念
在模具开发以前，对产品的投放市场始终要考虑到成形工艺的可行性，这就是产品能不能做的出来，在对工艺可行性并不明朗的情况下，商家一般不会投入巨资进行产品开发，因为模具的报废不只是模具成本、加工成本的损失，更为重要的是在这个过程中耽误了对市场节奏的把握，会相当被动。而此时引入快速成型技术，加工时间可控制在几天之内，成本也会低得多，不会像如图6.3.1所示的传统模具制造那样繁琐。
下料锻造退火粗加工精加工
调质表面处理回火淬火
试模
图6.3.1传统模具（金属模）的一般生产流程
快速成型技术在模具制造中的应用称为快速模具制造技术。快速成型及快速模具制造技术不仅适用于小批量的生产的模具，而且可以应用于各种复杂程度的模具制造。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。
6.3.2 快速制模技术的分类及应用
快速制模技术可以分为直接制模和间接制模，主要应用于塑料模和金属铸造模的制造。图6.3.2 快速制模技术的实现方法。
图6.3.2 快速制模技术
1.直接快速制模技术
（1）直接快速制模技术的工艺方法
1）利用SLA、SLS、LOM 等技术直接将CAD 模型加工成有一定机械性能要求的非金属原型（产品）。并作为软模使用，该工艺方法也称作软模技术，多用于小批量的塑料零件的生产，比如产品试制、产品概念设计、测试等。
2）通过RP技术将含有粘接剂的金属粉、金属悬浮液、带有金属离子的塑料丝成形为半成品，再经过粘接剂的去除、渗金属等后续工艺制造模具。该类模具可用于中等产量的塑料零件和蜡模生产。
3）直接以RP技术生产金属模具。该工艺方法通常是采用金属粉末的激光烧结成型技术。因此对于激光的功率要求较大，也可以是混合金属粉末。其中一种是低熔点金属在熔化时起粘接作用。该工艺方法的加工的成本较高，有一定的工艺难度。
该方法，现在已为许多公司、科研机构所采用。它的成形工艺比较简单，一般的激光烧结快速成型设备就可以满足，运行成本较低，便于推广。
（2）直接快速制造金属模具的工艺流程
1）准备模具的三维CAD数据模型。
2）激光快速成形先在粉末颗粒外面包覆粘接剂，制成覆膜金属。然后再利用快速成
形机激光加热，让覆膜金属熔化，使得金属颗粒之间相互粘接，完成第一个层面的加工。
3）逐层铺粉逐层烧结最后制造出三维实体的实物。
4）去粉用毛刷轻轻去除多余的粉末，粉末可以重复使用。此时只是粘接在一起，零件的强度可能不够，
5）去粘接剂在快速成形机内成形后，接着就是脱脂（去粘接剂）的后处理，温度大概在500℃。
6）烧结在粘接剂去除后，温度进一步升高，达到700℃以上烧结，以提高工件的强度。
7）高温渗金属该工艺使得制件表面质量提高，同时填充由于粘接剂的蒸发而留下的空隙。
8）冷却最后冷却的产品就是注塑模，该材料是钢和铜的混合物，再经过相应的工序处理如抛光、装配、调试等，就可以进行塑料件的生产了。
该工艺方法降低了传统工艺的复杂程度，简化了生产流程，而且生产周期短，成本低。此外利用快速成形技术可以制造木模、树脂模等软模，也可以直接制造铸造用模，如熔模等。
2.间接制模技术
利用快速成形技术，结合精密铸造、硅橡胶、粉末烧结等技术可间接制造出模具。其最关键的技术是：利用快速原型制造出模芯，然后再用该模芯去复制与型芯对应的外模。一般是先制造出石膏型或陶瓷型，再由石膏或陶瓷型浇铸出金属模具。
（1）常用的间接制模技术
1）金属喷涂法用喷枪将金属喷到RP原型上形成一个金属硬壳，将其分离下来，用环氧树脂或硅橡胶支撑，可制成注塑模具的型腔。该方法工艺简单，周期短，模具寿命可达10000次。
2）硅橡胶模法以原型为样件，将液体硅胶按照快速成形母模的分型线依次浇铸，等到固化好后，再去掉母模，形成硅橡胶模。硅橡胶模可用作试制和小批量生产用注塑模，其寿命10~80件。
3）熔模精铸(失蜡铸造)
熔模精铸的长处就是利用模型制造复杂的零件，RP的优势是能迅速制造出模型。二者的结合就可制造出无需机械加工的复杂零件。其制造过程是在RP原型的表面涂覆陶瓷耐火材料，焙烧时烧掉原型而剩下陶瓷型壳，向型壳中浇注金属液，冷却后即可得金属件。该方法制造的制件表面光洁。如批量较大，可由RPM原型制得硅橡胶模，再用硅橡胶模翻制多个消失模，用于精密铸造。
4）陶瓷型或石膏型精铸型腔
用快速成形系统制造母模，浇注硅橡胶、环氧树脂或聚氨酯等软材料，构成软模。移去母模，在软模中浇注陶瓷或石膏，得到陶瓷或石膏模。再在陶瓷或石膏模中浇注钢水，得到所需要的型腔。型腔经表面抛光后，加入相关的浇注系统或冷却系统等后，即成为可批量生产用的注塑模。
该方法得到的铸型有很好的复印性和较好的表面粗糙度以及较高的尺寸精度，特别适合于零件小批量的生产、复杂形状零件的整体成形制造。
（2）间接制模技术制造环氧树脂模具
环氧树脂模具与普通模具相比，只是在型腔部位采用环氧树脂。其模具的制造工艺流程：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。
采用环氧树脂模具与传统的注塑模具相比，成本只有几分之一，生产周期很短，可满足中小批量的生产。
6.3 电铸模具
6.3.1 电铸工艺的原理
电铸的原理和电镀的原理相同，它是在母模表面上，通过电镀的原理获得适当厚度的金属层，该金属层从母模上分离出来，从而形成所需的型面。有电镀镍、电镀铜、电镀铁几种工艺方法。下面是几种工艺方法的比较：
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。
3）电镀铁优点：成本低；缺点：易腐蚀，质地松软。
1-加热器；2-电铸槽；3-阳极；4-电铸槽；5-蒸馏水瓶；6-直流电源；
7-玻璃管；8-母模；9-搅拌器；10-温度计；11-温度控制器
图6.11电铸成形原理
6.3.2 电铸成形的工艺特点
电铸成形工艺在型腔膜的制造中已得到了广泛的应用它有如下工艺特点：
1）由于与电镀的的原理相当，因此该工艺的金属沉积的速度较慢，制造周期相应也会较长；
2）电铸层厚度较薄，而且易产生不均匀，因而变形会比较显著；
3）电铸件与母模的误差很小，表面粗糙度相当；
4）可以将难以常规加工的内腔转化为电铸母模的外形加工，降低了加工难度；
5）由电铸获得的型腔可满足使用要求，一般不需要再修整；
6）可用制品来制母模，也可用电铸方法复制已有的模具型腔，降低了加工的复杂程度，
减少了工序，提高效率。
6.3.3 电铸成形的工艺流程
1）产品的数字化三维模型构建；
2）母模的设计制造母模是为了得到电铸型腔而专门制造的模型，它的外形与型腔的外形相反，电铸结束后，取出或破坏母模，即可得到电铸型腔。
3）加工前处理包括：镀脱模层、防水处理、镀导电层、绝缘包扎处理等工艺内容。
4）电铸（电沉积）通过电铸镍或电铸铜、电铸铁实现。
5）背衬加固由于电铸层较薄，一般需要加固。常用的工艺方法有：喷涂金属、无机粘接、浇注环氧树脂等。
6）脱模一般对于方便取件用非破坏性脱模方法，如螺钉连接、台阶连接带出；对于难以取件的情况可用破坏性脱模方式，可以用各种物理、化学方法将母模与电铸件分开。
7）后续加工如开设流道、浇口等，获得电铸件的最终成品，可以装配制造产品；
快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)
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30 0℃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。当用作砂形铸造的木模时，它可用来重复制作50～100件砂型。作为蜡模的成型模时，它可用来重复注射100件以上的蜡模。用FDM快速成形机的ABS工件能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属（铝）从而制作成金属模。
模具制造技术现状与发展趋势分析 摘要：基于现下模具制造技术的不断发展，本文主要对其技术种类和应用现状 进行了详细的分析，并结合现下市场需求，对模具制造技术发展趋势进行了系统 的总结，以便为相关人士作为参考。 关键词：模具制造技术；现状分析；发展趋势；分析探讨 所谓模具制造，是指采用特定的制造装备和加工工艺，对原材料进行精细化 的加工，使之转化成不同形状和尺寸的标准化零件，最后再装配成组合模具的过程。该行业在近年来的发展，取得了十分喜人的成效，但是与国际化标准仍存有 很大的距离。因此，必须对模具制造技术进行不断的创新和完善，使之朝着智能化、网络化、高精度和高效率化的方向迈进，这样才能顺应时代潮流，推动行业 经济。 1.技术现状分析 1.1特种加工技术 1.1.1电火花加工 该特种加工技术主要是借助电蚀作用来消除导电材料，进而也被业内人士称 之为放电加工或电蚀加工。从技术形式上区分，电火花加工包括两种加工方法， 即电火花成形加工和电火花线切割加工，其中前者在现下手机、汽车等注射模零 件加工中都有着很好的应用成效，后者则一般适用于加工冲孔模和落料模等零件 加工，如：各种模孔、型孔、复杂型面、样板和窄缝的加工制造。在实际操作时，必须将原材料和工具电极同时浸泡在绝缘工作液中，然后再对两者施加强脉冲电压，这样通过对绝缘工作液的击穿，就会释放出大量的能量，并大面积提升工件 表面温度，直到将表面金属局部熔化分解后，才能完成去除导电材料的效果。 1.1.2激光加工 该特种加工技术主要是利用高能激光束的照射作用来对原材料进行加热，直 至使其达到熔融状态，然后再通过冲击波将熔融后的物质喷射到相应的模具中。 现如今，在模具行业中，激光加工技术的应用率十分明显，常见的技术类型有： 激光切割技术、激光打孔技术、激光淬火技术以及激光焊接技术等。 1.1.3超声波加工 该特种加工技术主要是将超声波作为主要源动力，进以带动工具做超声振动，这样通过工具与工件之间的磨料冲击，来完成工件成形加工任务。在实际操作时，超声波加工一般都借助电化学抛光复合加工工艺来对模具型腔表面进行抛光处理，这样既可以提高模具型腔表面质量，使其变得光滑平整，又能加快模具生产效率，降低工具损耗。 1.1.4电子束加工 该特种加工技术主要是根据真空环境中的高能电子束，来对工件局部进行加热，直至转化成熔融或蒸发状态，才能去除导电材料。同时，电子束加工技术还 能对工件表面进行强化处理，具体操作就是要将带有脉冲电压的电了束直接照射 在模具零件表面，进以通过光束作用来去除表面导电材料，所以这种加工工艺也 被称作为抛光处理工艺。 1.2数控加工技术 1.2.1数控车削加工 该数控加工技术一般可适用于轴类零件加工，如：顶杆加工、推杆加工、导 柱加工、导套加工等。此外，在回转体模具零件加工中，也能发挥出相应的成效，
1、20世纪80年代末期出现了快速成形技术，它涉及CAD/CAM技术、数据处理技术、材料技术、激光技术和计算机软件技术等，是各种高技术的综合。 2、快速成形主要的成形工艺有四种：液态光敏聚合物选择性固化（SLA）、薄型材料选择性切割（LOM）、粉末材料选择性激光烧结（SLS）、丝状材料选择性熔融沉积。 3、快速成形技术、数字原型技术和虚拟原型技术一起，都是产品创新和快速开发的重要手段，他们已成为先进制造技术群的重要组成部分。 4、快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除式”加工法，而采用全新的“添加式”加工法。 5、快速成形不必采用传统的加工机床和模具，快速成形建立产品样品或模具的时间和成本中有传统加工方法的10%-30%和20%-35%。 6、三维模型的构造，计算机在描述实体时常用的四种方法：构造实体几何法（CSG）、边界表达法（B-rep）、参量表达法、单元表达法。 7、模型输出常用的文件格式有多种，常用的有IGES、HPGL、STEP、DXF、STL等。 8、IGES是大多数CAD系统采用的一种美国标准，可以支持不同文件格式间的转换。 9、HPGL是HP公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它以被广泛地接受，成为一项事项标准。这种表达格式的基本构成是描述图形的矢量，用X和Y坐标来表示矢量的起点和终点，以及绘图笔相应的抬起或放下。一些快速成型系统也用HPGL来驱动它们的成形头。10、STEP是一种正在逐步国际标准化的产品数据交换标准。目前，典型的CAD系统都能输出STEP格式文件，有些快速成形技术的研究者正试图借助STEP格式，不经STL格式的转换，直接对三维CAD模型进行切片处理，以便提高快速成形的精度。 11、DXF是用于AutoCAD输出的一种格式 12、STL格式是快速成形系统经常采用的一种格式 13、常用的扫描机有传统的坐标测量机、激光扫描机、零件断层扫描机、CT扫描机、磁共振扫描机等。 14、STL文件格式的规则有：共定点规则、取向规则、取值规则、充满规则 15、迄今为止，在国际市场上出现了很多与逆向工程相关的，主要有Imageware、Geomagic Studio、CopyCAD和RapidForm四大软件。 16、Geomagic Studio主要包括Quality、Shape、Wrape、Decimate、Capture五个模块。 17、RP 扫描填充方式发展到现在，主要有以下几种方式：单向扫描，多向扫描，十字网格扫描，Z 字型扫描和沿截面轮廓偏置扫描等。 18、快速成型的全过程包括三个阶段：前处理、自由成型、后处理。 19、光固化成型工艺中用来刮去每层多余树脂的装置是刮刀。 20、用于FDM的支撑的类型为：水溶性支撑和易剥离性支撑 21、快速成型技术建立在新材料技术、计算机技术、激光技术和数控技术四大技术之上的。 22、叠层实体制造工艺涂布工艺包括涂布形状和涂布厚度 叠层实体制造工艺常用激光器为 CO2激光器 四种成型工艺不需要激光系统的是 FDM。四种成型工艺不需要支撑结构系统的是 SLS 光固化成型工艺树脂发生收缩的原因主要是树脂固化收缩和热胀冷缩。 就制备工件尺寸相比较，四种成型工艺制备尺寸最大的是 LOM SLS周期长是因为有预热段和后冷却时间。（√）SLA过程有后固化工艺，后固化时间比一次固化时间短。（×）SLS工作室的气氛一般为氧气气氛。（×）SLS在预热时，要将材料加热到熔点以下。（√）LOM胶涂布到纸上时，涂布厚度厚一点效果会更好。（×） FDM中要将材料加热到其熔点以上，加热的设备主要是喷头。（√）FDM一般不需要支撑结构。（×） LOM生产相同的产品速度比光固化速度要快。（√）RP技术比传统的切
模具制造新技术 摘要：本文主要介绍模具制造领域的新技术--模具数字化设计技术的概念及其在国内外的 发展概况。 关键词：模具制造新技术；模具数字化设计技术；发展概况。 随着科学技术的发展，人们对产品制造的要求越来越高，产品的生命周期也越来越短，模具制造业面临着越来越激烈的挑战。为了能在激烈的市场竞争中谋求发展，企业必须以最新的产品、最短的开发时间、最优的质量、最低的成本、最佳的服务、最好的环保效果和最快的市场响应速度来赢得市场和用户，一方面模具制造业要加快技术创新的步伐，缩短产品开发周期，另一方面模具制造业要寻求可持续发展战略。因此，人们从各种不同角度提出了许多不同的先进制造技术新模式、新哲理、新技术、新概念、新思想、新方法，如：模具数字化设计技术。下面将对这种新技术进行介绍。 一·模具数字化设计技术：数字化设计技术，指产品和工艺设计方面CAD／CAM ／CAE等。数字化设计、加工、分析技术以及数字化制造中的资源管理技术等构成了数字化制造的支撑技术。数字化制造已成为先进制造技术的基础核心，实现数字化制造将是制造业应用先进制造技术的重要途径。其发展过程为：1·CAD技术以二维绘图为主要目标；2·在二维绘图系统CAD的基础上推出了三维曲面造型系统；3·具有基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改的参数化实体造型方法。而具体的叙述为：CAD技术起步于20世纪50年代后期，60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD开始迅速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、精度低的传统手工绘图。此时CAD技术的出发点是用传统的三视图的方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。在CAD软件开发初期，CAD的含义仅仅是Computer Aided Drawing，而非现在我们经常讨论的CAD(Computer Aided Design)。CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期。近10年来占据绘图市场主导地位的是AutoDesk公司的AutoCAD软件。60年代初期出现的三维CAD系统只是极为简单的线框系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAE及CAM均无法实现。进入70年代，正直飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造过程中遇到大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图，特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况，这样大大拖延了产品研发时间。此时法国人Bézier提出了贝塞尔算法，使人们用计算机处理曲线及曲面问题变得可行，同时也使得法国达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统CAD的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式解放出来，首次实现计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统CA TIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。20世纪70年代末到80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE，CAM技术也开始有了较大发展。SDRC公司在当时星球大战计划背景下，由美国宇航局支持及合作，开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大的太空实验费用，而UG则侧重在曲面技术的基础上发展CAM技术，用以满足麦道飞机零部件的加工需求。有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达
。 基于RPM快速制模技术 快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing简称RPM)技术是20世纪后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，是制造技术领域的一次重大突破。RPM 技术综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。技术采用软件离散／材料堆积的原理，而被制造零件通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体，成功解决计算机辅助设计中三维造型“看得见、摸不着”的问题。RP技术改变了制造业的思维活动，突破了制造业的传统模式，为机械加工、模具制造开辟了一条高效率、低成本的新途径。RP批发展到今天，其发展重心已从快速原型制造向快速模具制造的方向转移，目前RP的快速制模主要是注塑模、冲压模、铸模。用CAD技术设计出被成型零件的三维实体模型，先将CAD模型离散化，沿某一方向(常取z向)按一定厚度对其进行分层，生成二维截面信息。再将分层后的数据进行一定的处理，输入加工参数，生成加工代码；利用数控装置精确控制激光束的运动。通过采用粘结、熔结、聚合作用等手段，逐层可选择固化树脂、切割薄片、烧结粉末、材料熔覆、或材料喷洒等方式来实现，从而快速堆积制作出所要求形状的实物原型。RP技术可以快速精确制造任意几何形状的产品原型，无须考虑其复杂程度，零件复杂程度与制造成本关系不大，真正实现无模制造。快速制模可分为在RP系统上直接制模和利用RP原型间接制模。 一、基于RPM直接制模方法 1，1 分层实体制造(LDM—Laminated objet Manuacturing)制模 将背面涂有热溶性粘合剂的箔材，根据分层几何信息，用二氧化碳激光在计算机控制下切出本层轮廓，再铺上一层箔材，用滚子碾压使新铺上的一层牢固粘结在已成型体上，再切割该层轮廓，如此逐层叠加，裁切后形成所需的立体模腔。采用这种方法直接制成的模具，坚如硬石，可进行钻削等机械加工，也可进行刮腻子等装饰加工，并可耐20012高温，故可用作低熔点合金的模具或试制注塑模。LOM关键技术是控制激光的光强和切割速度。使它们达到最佳配合，以便保证切口质量。1．2 立体光刻(SLA—Stereo Lithgmphy apparatus)制模 以各类光敏树脂为成型材料，氦一镉激光为能源，基于光敏树脂受紫外激光照射固化的原理。计算机控制激光逐层扫描，被照射的地方就固化，未被照射的地方仍然是液态树脂。如此重复直到三维零件制作完成。 1．3 选择性激光烧结(SLS—Slective laser sintering)制模 将金属粉末用易消失性树脂裹覆，通过二氧化碳高功率激光束，在CAD分层信息控制下，有选择地熔化粉末上的树脂。使粉末烧结成得到金属粉末的粘结实体，再将树脂在一定温度下分解消失，然后。使成型的金属粉末在高温下烧结而得到金属烧结件，用第二相低熔点金属渗入烧结件而直接成金属模具。美国3D公司将称为Keltol的金属粉末烧结制模工艺，对于直接生产小型金属模具特别适合。 德国的Electrolux RP公司开发的利用不同熔点的几种金属粉末来烧结成型，由于各种金属收缩不一致，可相互补偿其体积变化。 1．4 熔融沉积成型(PDM—Fused deposition modelling)制模 材料在喷头中被加热并略高于其熔点。喷头在计算机控制下作X—Y联动扫描以
试卷 3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 也被称为：3D打印，增材制造； 6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表面外），导致原型产生形状和尺寸上的误差。
快速模具制造技术的现状及其发展趋势 发表时间：2019-07-02T16:34:38.163Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：区礼炳[导读] 摘要：快速模具制造技术作为一项系统工程技术，有效融合了信息与控制技术、材料学以及激光技术等，其发展速度可见一斑。 佛山市尊朗机械设备有限公司广东佛山 528000摘要：快速模具制造技术作为一项系统工程技术，有效融合了信息与控制技术、材料学以及激光技术等，其发展速度可见一斑。自快速模具制造技术诞生以来，已经被广泛应用到航空航天、医疗、汽车以及加点分制造行业之中。快速模具制造技术的飞跃式发展，特别是在快速制造金属模具的广泛应用，使得产品的质量更加优质，价格更加低廉，帮助企业获得更大经济效益，这也是国内外学者、企业关注 的重点。对于此，本文对快速模具制造技术的现状及其发展趋势展开探讨。 关键词：快速模具制造技术；现状分析；发展趋势 1快速模具制造技术概述快速成型技术是自20世纪末开始发展出的一项具有非常重要意义的制造技术，该技术主要是由激光技术、驱动技术、CAD/CAM技术、数控技术、新型材料所构成，该技术自应用以来，在机械制造企业的产品创新、产品开发等方面都起着非常关键性的作用，虽然工作人员在使用该技术时所采用的制作原材料之间会存在着一定的差异性，但是技术应用中所体现出的主要工作原理均是由分层制作、逐层叠加的方式来完成的，从数学的层面上来说，该技术原理与数据的积分过程有着异曲同工之处，从宏观的角度上来说，该技术的应用形式与3D打印技术相似。该技术在实际应用中的特征主要体现在成型快、适用性强、制作周期短、操作简便、集成性高等等。快速模具制造作为新型制造技术，对制造行业具有极大促进作用。该技术应用范围较为广泛，既能用于汽车制造业，又能生产家电器材。模具制造技术，能提高制造效率，创造企业价值。 2快速模具制造技术模具制作 2.1软质模具 软质模具主要是由一些软性材料制作而成，适用于产品数量为50-5000左右的生产企业，市场上常见的软性材料有环氧树脂、锌合金、硅橡胶、低熔点合金、铝金属等等，该类型的模具在使用过程中具有成本低廉、周期短等优势，而工作人员在使用快速成型技术来制作软质模型时主要会使用以下方法：第一，硅橡胶法，通过该方法所制造的硅橡胶模具不仅有良好的弹性，同时还可以在模具上制作一些非常精美的纹路，但是该类模具的适用性不强；第二，树脂法，当模具的需求量非常大时，工作人员可以使用树脂材料作为模具的制作原材料，并且通过合理地使用快速成型技术中原型压铸的方式来高效率地完成该类型模具的批量制作；第三，金属法，工作人员使用该方法进行模具制作时，通常以RP8d为原型，并且在此基础上将金属合金均匀地喷涂于模型的外表面，并且将模具的制作原材料快速地填入模具内，完成金属模具的制作，该方法的优势在于操作简便、一次成型、制作周期短、耐磨性强等等；第四，电铸法，该模具制作法与上述我们所提到的金属喷涂法相类似，电铸法主要是利用电化学的基本原理，将PR8d圆形的外表面通过电解沉淀的方式进行模具的制作，通过该方法制作而成的模具具有均匀性强、精度高等优势。 2.2硬质模具 与软质模具相对应的则是硬质模具，适用于产品数量规模较大的产品生产企业，市场上常见的硬质模具通常为钢模具，工作人员在使用快速成型技术进行硬质模具的生产制造时，通常会使用以下方法：第一，电火花法，该方法主要是指工作人员将BPM作为模具的圆形，同时将EDM作为连接模具的电源，通过电火花的方式对模具进行加工制造，然后再合理地使用三维砂轮以及石墨电极的方式对该模具进行细节上的处理，最终完成整个钢模具的制作；第二，熔模法，该方法主要适用于钢模具的批量制造，以RPM原型作为母版通过软蜡熔模的方式实现钢模具的精密复制；第三，陶瓷法，对于一些数量较少的模具批量铸造生产企业，工作人员便可以使用陶瓷法进行模具的制作生产，依然以RPM为模板原型，将陶瓷砂浆作为模板制作的原材料，通过焙烧的方式对陶瓷砂浆进行固化处理，以此来完成模板的制作。 3我国快速制模技术发展趋势快速制模技术与传统模具制造相比，优势在于快速制模技术能够提高产品的开发速度和生产的柔性化程度，快捷、方便地制作模具，缩短模具制造的周期，降低生产成本，经济效益优。某模具制造公司传统研发和快速研发过程对比如表1所示。 表1某模具制造公司传统研发和快速研发过程对比 3.1快速成型模具制造应用 快速成型模具制造技术主要分为直接法和间接法两种类型。根据所制造模具的产品特性，不同的快速成型模具制造方法也被应用到不同场景中，而相对应的制造工艺也是不尽相同，但最终所制造的产品质量同样能得到保证。直接制模技术主要是通过选择性激光烧结的方式来实现，由此生产出的模具，使用时限较长。但其缺陷是在对模具工件进行烧结时，由于温度的影响，模具工件会产生不同程度的收缩现象，这种收缩现象至今未能得到有效解决，继而造成生产出的模具工件精确度不高。对于软质模具而言，由于所采用的软质材料的特殊性，有别于以往使用的钢制材料，其具有制作周期短、造价成本低的特性，在新产品的开发初期，常常被应用到市场试运行以及功能检测等方面，特别是对于所生产的工件品种多、批量小以及改性快等制造模式中。现今，软质模具制造方法主要以树脂浇注法、硅橡胶浇注法等方法为代表。
几种快速成型方式的比较 几种常见快速成型工艺的比较 在快速领域里一直站主导地位快速成型工艺主要包括：FDM, SLA, SLS, LOM等工艺，而这几种工艺又各有千秋，下面我们在主 要看一下这几种工艺的优缺点比较： FDM(fused deposition Modeling)丝状材料选择性熔覆快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料、聚碳酸酯）加热熔化进而堆积成型方法，简称丝状材料选择性熔覆. 原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层画出截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料;聚碳酸酯、工程塑料PPSF: 以及ABS 与PC的混合料等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。专门开发的针对医用的材料ABS-i: 因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。 FDM快速原型技术的优点是： 制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；1次成型、易于操作且不产生垃圾；独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件； 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料以及医用ABS等 快速原型技术的缺点是：成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度、成型表面光洁度不如国外 SLA：成型速度相对较慢光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography)原理的一种工艺的简称，是最早出现的一种快速成型技术。在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层
快速成形与快速制模的技术发展 1、引言 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多种产品要求的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。直接从计算机模型产生三维物体的快速成形技术，是由现代设计和现代制造技术迅速发展的需求应运而生的，它涉及机械工程、自动控制、激光、计算机、材料等多个学科，近年来，该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好的应用。快速成形/快速制模/快速制造技术为企业提高竞争力提供了一种先进的手段。 快速成形技术（Papid prototyping，以下简称RP）自80年代问世以来，在成形系统、材料方面有了长足的进步，同时推动了快速制模（Rapid Tooling，以下简称RT）和快速制造（Rapid Manufacturing，以下简称RM）的发展，90年代中末期是RP技术蓬勃发展的阶段。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司和南京航空航天大学等单位，于90年代初率先开发RP及相关技术的研究、开发、推广和应用。到1999年，国内已有数十台引进或国产RP系统在企业、高校、研究机构和快速成形服务中心运行。在国家科技部的领导和支持下，先后成立了近十家旨在推广应用RP技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。此外，有相当一部分高校将RP技术列入了“211”规划。国内投入RP研究的单位逐年增加，RP市场初步形成。 2、快速成形技术发展简史 RP技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维物体的思想雏形，最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年，Blanthre主张用分层方法制作三维地图模型。1979年东京大学的中川威雄教授，利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。 光刻技术的发展对现代RP技术的出现起到了催化作用。 20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的Alanj.Hebert（1978）、日本的小玉秀男（1980）、美国UVP公司的Charles W.Hull（1982）和日本的丸谷洋二（1983），在不同的地点各自独立地提出了RP概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。Charles W.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为SterolithographyApparatus（SLA）的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。 同年，Charles W.Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司；随后许多关于快速成形的概念和技术在3D System公司中发展成熟。与此同时，其它的成型原理及相应的成型机也相继开发成功。1984年Michael Feygin提出了分层实体制造（Laminatde Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1990年前后开发了第一台商业机型LOM—1015。1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckaed提出了Selective Laser Sintering（SLS）的思想，稍后组建成DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型机（Sinterstation）ScottCrump在1988年提出了Fused Deposition Modeling（FDM）的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。自从20世纪80年代中期SLA光成型技术发展以来到90年代后期，出现了十几种不同的快速成形技术，除前述几种外，典型的还有，3DP、SDM、SGC等。目前，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术比较成熟。 3、RP技术的新进展
注塑模具制造新技术及新趋势 为了能够为注塑加工商生产出可节约投资成本和时间成本，以及提高注塑生产效率的模具，模具制造商们不断使用新材料和新技术，而这些新材料和新技术则在一定程度上代表了注塑模具制造的新趋势。 1、新材料促进模具嵌件的发展 有一种新材料能够降低注射模具制造商的投资成本和时间成本。这种新合金名为钴铬MP1，专为在快速成型(RP)设备上采用金属激光直接烧结(DMLS)工艺而开发。该材料由德国快速成型设备和材料供应商EOS(ElectroOpticalSystems)GmbH公司生产。现在北美的用户可通过EOS北美公司和美国MorrisTechnologies公司来购买这种材料。 MorrisTechnologies公司是一家注塑模具开发公司，这家公司首次将该材料应用于商业化制造。在该公司的使用过程中，这种钴铬合金被证明具有高强度、耐高温性能和抗腐蚀性能。MorrisTechnologies曾是美国第一家引入EOS公司的EosintM-级快速成型机的公司，因为当时该公司已预见到了基于DMLS的快速成型的巨大市场。然而通过实验发现，当时市场上还没有一种材料能够满足其诸多客户的应用需求。 “有许多项目需要快速成型解决方案，但是客户的实验条件需要材料具有更好的耐高温性和耐腐蚀性以及更高的机械性能。”MorrisTechnologies公司的总裁GregMorris说，“即使花费更多的时间和金钱，不锈钢或者其他合金仍然不能满足他们的要求。” 为了解决上述问题，MorrisTechnologies公司选择了EOS的钴铬MP1材料。Morris表示，该合金的洛式硬度在30～40之间，能够生产小型复杂的模具产品，而这些产品目前通常需要采用电火花加工或者机加工方法来制造。 由于这种材料的结构层非常薄，只有20μm，因此产品可被完全烧结。Morris相信这种材料和金属激光直接烧结技术能够帮助注塑模具制造工业以更低的成本生产精细的型芯和型腔嵌件。“目前很多模具制造商之所以没有采纳该技术，在我看来，是因为许多人认为他们只有采用以前的方式制造模芯和模腔才算最好。”Morris解释说。 2、清除保守 模具制造商LinearMold&Engineering公司总裁JohnTenbusch毫不犹豫地采纳了上述技术。因为Tenbusch发现EOS公司的金属激光直接烧结快速成型设备的新客户甚至已延伸到了墨西哥和南美洲。 在注塑模具的制造过程中，采用典型的电火花设备(EDM)进行烧焊是比较流行的，而线切割在快速成型模具制造中的使用也在逐渐增长。对此，Tenbusch解释说：“采用线切割可以帮助我们节约时间，也就是说，我们使用线切割来切割出型腔，而像嵌件这样的精细部件则使用DMLS工艺来加工。” Tenbusch介绍，这种方法的准确率很高，而且不需要定很多测点，同时肋筋能够被分开而作为排气口。使用线切割也能够加工一些不锈钢嵌件，并将它们置于模具中。如果所用材料足够硬，且寿命足够长的时候，加工人员就没有必要对部件细节进行电火花加工了，如对于常用的预硬化高拉伸渗氮模具钢便是如此。使用线切割可在4～5周的时间内完成模具的制造，而这种速度加快的根本原因在于用EOS的DMLS设备代替了电火花设备。 钴铬MP1是EOS公司的新型不锈钢17-4家族中的一个系列，按照计划今年推向市场的是MaragingSteelMS1，这是一种18马氏体300钢(型号：1.2709)，其性能至少等同于甚至
（１）数字制造 在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程 通俗地说：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。 （２）数字工厂； 数字化工厂（DF）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。 数字化工厂（DF）主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计；制造；装配；物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估与检验，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功。 （３）数字营销； 数字营销，就是指借助于互联网络、电脑、通信技术和数字交互式媒体来实现营销目标的一种营销方式。数字营销将尽可能地利用先进的计算机网络技术，以最有效、最省钱地谋求新的市场的开拓和新的消费者的挖掘。 （４）虚拟制造 虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype）代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上的不完整、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能的虚拟化、组织的虚拟化、地域的虚拟化。 2、简述数字制造关键技术有那些。（20分） 制造过程中的建模与仿真、网络化敏捷设计与制造、虚拟产品开发
快速成型制造实训报告 1.实习目的 1）.通过快速成型制造实训了解怎么利用快速成型设备制作模型，学会怎么操作快速成型机，然后根据模型做出硅胶模具，让我们对塑料模具的基本结构有了更深的理解，再用硅胶模具浇注出工件。 2.实习要求 1）.自己用PRO-E软件设计模型，用快速成型机器制造出模型，模型做好后，用硅胶做出硅胶模具。等模具固化后，用AB胶浇注出一个工件。 3.模型的设计与选择 1）用PRO-E设计出一个猪仔的模型，尺寸自定，模型有明显的分型面，所以比较容易做分模。（模型如图所示）
4.原型的制作 1）.用PRO-E造型的模型用stl格式保存好后，拿到FDM 200快速成型机上，开始做模型。 （制作过程如图所示）
5.硅胶模方案与结构的设计 1）制作硅胶模，我们用上下分模的结构，对角做了两个突起作为导柱。我们没有用油泥，而是直接在浇硅胶时控制好只浇到分型面处。 硅胶与固化剂搅拌均匀. 模具硅胶外观是流动的液体，A
组份是硅胶，B组份是固化剂。取
250克硅胶，加入25 克固化剂（注：硅胶与固 化剂一定要搅拌均匀，如 果没有搅拌均匀，模具会 出现一块已经固化，一块 没有固化，硅胶会出现干 燥固化不均匀的状况就会影响硅胶模具的使用寿命及翻模次数，甚至造成模具报废状况。 6.硅胶模的制作流程 1）.先用纸板围成一个能包住模型的框，模型要距离纸板10到15MM，用铅笔尖的一头连接模型，作为浇注工件时的胶口。在框里面喷上脱模剂，方便做好后的处理。然后把配好的硅胶浇到框中，浇完后拿到真空机中做抽真空处理。 抽真空排气泡处理： 硅胶与固化剂搅拌均匀后，进行抽 真空排气泡环节，抽真空的时间不 宜太久，正常情况下，不要超过十 分钟，抽真空时间太久，硅胶马上 固化，产生了交联反映，使硅胶变 成一块一块的，无法进行涂刷或灌 注，这样就浪费了硅胶，只能把硅 胶倒入垃圾桶，重新再取硅胶来
模具制造技术的发展趋势—耀丰模具数控培训学校 1.1、模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 1.1.1、模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装备、检测、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型，复杂性体工程制图，工业设计高级渲染，塑料模设计专家系统，复杂形体CAM，艺术造型及雕刻自动编程系统，逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/E,UG,CAIIA等。 1.1.2、模具设计、分析及制造的三维化 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三位数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/E,UG,CAIIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatra公司的Moldexpert，Delcam 公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注射模具设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经广泛受到用户的好评和应用。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatram公司的注射模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生产与制造相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动生产材料明细表和供J+加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。 1.1.3、模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，模具软件应用的网络化的发展趋势是使CAD/CAE/CAM技术跨地区、跨企业、跨院所在整个行业中推广，实现技术资源的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。美国在其《21世纪制造企业战略》中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从80个月缩短到8个月。 2.模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展 2.2.1、模具向着精密、复杂、大型的方向发展 对检测设备的要求越来越高。目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精密三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。实现了从测量事物→建立数学模型→输出工程图纸→模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。 2.2.2、数控电火花加工机床 日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L,AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。另外还有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制（FC）等技术。 2.2.3、高速铣削机床（HSM） 铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高（为普通铣削加工的5-10倍）及可加工硬材料（<60HRC）等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。HSM主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料模等曲面加工。 2.2.4、模具自动加工系统的研制和发展
快速成型技术在模具制造中的应用 摘要 快速成型作为一种正在成熟的先进制造技术，已成功的实现了快速原型制造，正向快速制造方向迅速发展。本文介绍了快速成型技术在快速制模方向的应用，并提出了一些需要解决的问题。 关键词：快速成型快速制模 引论 模具生产零件具有生产效率高、质量好、节约能源和原材料以及成本低等一系列优点。据统计，工业产品的70%—80% 要靠模具生产，模具已成为当代工业生产的重要工艺装备。随着经济全球化的发展，企业间竞争的进一步加剧，多品种、小批量将成为主要的生产模式。因此，怎样快速、高质量地设计制造出产品的模具，已成为赢得竞争的重要因素。基于快速成型技术的快速模具制造是RP技术与传统的模具制造技术相结合的一种全新技术。该技术能极大地缩短模具制造周期，降低制造成本。 一RP技术概论 快速成型技术(又称RP 技术) 诞生于80 年代后期, 是基于材料累加法的一种高新制造技术。快速成型技术将计算机辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM )、计算机辅助控制(CNC)、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产品三维设计模型, 对其进行分层切片, 得到各层截面的轮廓, 激光选择性的切割一层层的纸(或固化一层层的液态树脂、或烧结一层层的粉末材料、或热喷头选择快速地熔覆一层层的塑料或选择性地向粉末材料喷射粘结剂等) 形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品。虽然快速成型技术问世不长, 但由于它对制造业带来的巨大效益使得这一技术的应用日益广泛。快速原型制造按成形材料及技术不同发展了立体光刻造型法(SL ) , 粉末烧结法(SLS) , 熔化凝结法(FDM ) , 薄层材料制造法(LOM ) , 三维印刷法(3DP) , 逐层固化法(SGC)等成型方法。 二基于RP技术的模具制作方法 传统的模具制造方法可分为两种,一种是借助母模翻制模具,另一种就是用数控机床直接制造模具。在新产品开发过程中,减少模具制造所需成本和时间对缩短整个产品开发时间及降低成本是最有效的步骤,快速成型技术的一个飞跃就是进入模具制造领域,其潜力所在正是能降低模具制造成本并减少模具开发时间。将快速成型技术引入模具制造过程后的模具开发制造就是快速模具制造。