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1、逆向工程及快速成型逆向工程及快速成型 Reverse Engineering&Rapid Prototyping主讲：主讲：匡唐清匡唐清华东交大材料工程系华东交大材料工程系u主要内容主要内容概论概论软模软模桥模桥模硬模硬模RE&RPRT篇篇u快速制模：快速制模：快速模具制造（快速模具制造（Rapid Tooling，简称，简称RT），是），是以以RP为技术支撑而发展起来的新型制造技术。为技术支撑而发展起来的新型制造技术。特点：特点：制模周期短，一般为传统模具制造的制模周期短，一般为传统模具制造的1/31/10；工艺简单，易于推广；工艺简单，易于推广；制模成本低（仅为传统制模的制模成本低（仅为传
2、统制模的1/31/5）精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合经济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。效益良好。概概 论论u快速制模：快速制模：方法方法直接法直接法：优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模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。具成本较高，适用于样机、样件试制。通过通过SLA SLA 或或SLS SLS 法，直接用树脂、粉末塑料（如法，直接用树脂、粉末塑料（如ABSABS）等制）等制成凸、凹模，可以作成薄板的简易冲模，汽车覆盖件成形成凸、凹模，可以作成薄板的简易冲模，汽车覆盖件成形模等。这些简易模具的寿命
3、是模等。这些简易模具的寿命是50501000 1000 件，适用于产品试件，适用于产品试制阶段。制阶段。采用特殊的纸质利用采用特殊的纸质利用 LOM 工艺方法可直接制造出纸质模工艺方法可直接制造出纸质模具，坚如硬木，可具，坚如硬木，可耐耐200高温，可用作低熔点合金的模具高温，可用作低熔点合金的模具或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡模成形模，还可以代或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡模成形模，还可以代替砂型铸造用的木模。替砂型铸造用的木模。用用FDM 法直接制成金属模法直接制成金属模。将不锈钢粉末用。将不锈钢粉末用FDM 法制成法制成金属型后，经过烧结金属型后，经过烧结、渗铜等工艺渗铜等工艺渗铜等
4、工艺渗铜等工艺制成了具有制成了具有复杂冷却液道的注塑模复杂冷却液道的注塑模概概 论论u快速制模：快速制模：方法方法间接法间接法：由快速成形由快速成形或其他途径或其他途径得到得到零件原零件原型型，根据不，根据不同的批量和同的批量和功能要求采功能要求采用合适的工用合适的工艺方法快速艺方法快速翻制翻制得模具得模具概概 论论u快速制模快速制模概概 论论u软模技术软模技术一一般般指指硅硅胶胶模模，由由SLA,FDMSLA,FDM，LOMLOM或或SLSSLS制制造造零零件件原原型型，再再翻翻制制硅硅胶胶模模后后，向向模模中中灌灌注注双双组组分分树树脂脂，固固化化后后得得到到所所需需零零件件。通通过过调调
5、节节树树脂脂中中双双组组分分的的构构成成来来调调整整树树脂脂零零件的机械性。件的机械性。u过渡模过渡模(桥模桥模)技术技术一一般般为为环环氧氧树树脂脂模模具具，桥桥模模是是介介于于试试制制用用软软模模与与正正式式生生产产模模间间的的一一种种模模具具，可可直直接接进进行行注注塑塑生生产产，使使用用寿寿命命目目标标为为10010010001000个个零零件件，零零件件用用与与最最终终零零件件生生产产期期望望的的产品材料制成。可产品材料制成。可满足中小批量生产的需要满足中小批量生产的需要u硬模技术硬模技术硬硬模模一一般般指指用用间间接接方方法法制制造造的的金金属属模模具具和和用用快快速速成成形形（金
6、属粉末选择性烧结）（金属粉末选择性烧结）直接制造直接制造的金属模具的金属模具间间接接法法：先先利利用用快快速速成成形形技技术术加加工工出出非非金金属属材材料料的的原原型型，然然后后借借助助其其他他技技术术将将这这些些非非金金属属原原型型翻翻制制金金属属零零件件或或金金属模具属模具概概 论论u工艺路线工艺路线u原型件的准备（略）原型件的准备（略）u硅橡胶模的结构硅橡胶模的结构u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造u浇注品的制造浇注品的制造u应用应用软软 模模u工艺路线工艺路线u硅橡胶模的结构硅橡胶模的结构软软 模模零件三维造型零件三维造型STLSTL文件格式文件格式RPRP
7、原型制造原型制造硅胶模翻制硅胶模翻制树脂件生产树脂件生产u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点结构较简单，制作周期短结构较简单，制作周期短 只只要要工工件件的的原原型型件件，无无需需昂昂贵贵的的设设备备和和模模架架等等装装置置，不不必必模模具具设设计计，在在几几小小时时内内就就能能完完成成制制模模与与产产品品成成形形。与与传传统统金金属属模模注注射成形塑料工件相比，用硅橡胶模能缩短开发周期高达射成形塑料工件相比，用硅橡胶模能缩短开发周期高达90%90%；成本低成本低 与与CNCCNC机机加加工工的的金金属属模模相相比比，硅硅橡橡胶胶模模的的制制作作费费用用低低得得多多，一一般只有金属模的几分之一；般只
8、有金属模的几分之一；弹性好，工件易于脱模弹性好，工件易于脱模 不不必必添添加加脱脱模模斜斜度度，工工件件往往往往就就能能脱脱模模，可可大大大大简简化化模模具具的的设设计；计；复印性能好，精度高复印性能好，精度高 硅硅橡橡胶胶的的收收缩缩率率小小，有有优优良良的的复复印印性性能能，能能达达到到金金属属模模同同样样的的精度；精度；软软 模模u硅橡胶模的优点硅橡胶模的优点能用于在能用于在室温下浇注室温下浇注高性能的聚氨酯塑料件或蜡件高性能的聚氨酯塑料件或蜡件 反反应应成成形形聚聚氨氨酯酯又又称称为为反反应应成成形形塑塑料料。它它的的原原材材料料通通常常是是液液态态双双组组分分材材料料，将将这这两两个
9、个组组分分按按一一定定的的比比例例加加以以混混合合，并并在在室室温温下下浇浇注注到到成成形形模模具具内内，能能迅迅速速（几几十十秒秒至至几几分分钟钟内内）完完成成固固化化反反应应,1040min内内能能脱脱模模，然然后后,一一般般在在80下下经经几几小小时时保保温温，可可完完全全固固化化成成高高性性能能的的塑塑料料件件（如如ABS工工件件），这这种种成成形形塑塑料料件件的的方方法法不不必必采采用用金金属属模模和和热热注注射射成成形形机机，一一般般称称为为塑塑料料反反应应成形工艺。成形工艺。广泛应用在广泛应用在新产品的试制新产品的试制中中通通常常用用于于成成形形塑塑料料件件，也也可可用用于于成成
10、形形失失蜡蜡铸铸造造所所需需蜡蜡件件。普普通通室室温温硫硫化化硅硅橡橡胶胶模模的的使使用用寿寿命命取取决决于于工工件件的的复复杂杂程程度度，一一般般为为1020个工件，足够新产品研制的需求。个工件，足够新产品研制的需求。软软 模模u硅橡胶模的缺点硅橡胶模的缺点导热性能差导热性能差寿命短寿命短不能成形真实的零件不能成形真实的零件不能采用热注射工艺成形工件不能采用热注射工艺成形工件软软 模模u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造原材料原材料双组分室温硫化有机硅橡胶双组分室温硫化有机硅橡胶聚合型：固化时产生副生成物，收缩率较大聚合型：固化时产生副生成物，收缩率较大缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在模具制造
11、过程中易缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在模具制造过程中易撕裂，难于成型花纹深、形状复杂的模具；成型过程中由于撕裂，难于成型花纹深、形状复杂的模具；成型过程中由于缩合交联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模具在受热时缩合交联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模具在受热时硅橡胶降解老化，同时由于乙醇的排出也使得硫化胶的体积硅橡胶降解老化，同时由于乙醇的排出也使得硫化胶的体积收缩，影响模具的尺寸缩小。收缩，影响模具的尺寸缩小。因此，常用在塑料或人造革生产中的高频压花模具，或尺寸因此，常用在塑料或人造革生产中的高频压花模具，或尺寸要求不高的工艺品制造。要求不高的工艺品制造。加成型加成型：由由于于采采用
12、用加加成成硫硫化化体体系系，在在成成型型过过程程中中不不产产生生低低分分子子化化合合物物，因因而而具具有有低低得得线线性性收收缩缩率率，胶胶料料可可以以深深部部固固化化，且且物物理理、力力学学性性能能和和耐耐热热老老化化性性能能优优异异，适适用用于于制制造造精精密密模模具具和和铸铸造造模模具，且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真性好。具，且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真性好。成为成为模具硅橡胶的主导模具硅橡胶的主导软软 模模u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造设备设备真空浇注机真空浇注机真真空空的的作作用用是是提提供供真真空空环环境境，排排除除液液态态材材料料中中混混入入的的空空气气或或湿湿气气
13、，避免在浇注件中出现气泡。避免在浇注件中出现气泡。反应注射机反应注射机压压力力和和流流量量比比较较大大，适适合合反反应应成成形形中中大大型型塑塑料料件件，但但是是，往往往往难难于在真空环境下成形，所以应注意设法排除塑料件中的气泡于在真空环境下成形，所以应注意设法排除塑料件中的气泡 软软 模模真空浇注机真空浇注机浇注浇注 反应注射机反应注射机u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤软软 模模由于由于RP技术生产出来的原型材料与硅技术生产出来的原型材料与硅橡胶不发生反应，制造过程中没有经过橡胶不发生反应，制造过程中没有经过变形，也不会产生褶皱，能够生产出与变形，也不会产生褶皱，能够生产出与精密塑料件
14、一样的表面质量。精密塑料件一样的表面质量。u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤原型表面处理原型表面处理 RPRP原原型型一一般般存存在在台台阶阶纹纹或或缝缝隙隙，需需进进行行打打磨磨和和防防渗渗与与强强化化处处理理等等以以提提高高原原型型的的表表面面光光滑滑程程度度和和抗抗湿湿性性与与抗抗热热性性等等。只只有有原原型型表表面面足足够够光光滑滑，才才能能保保证证制制作作的的硅硅胶胶模模型型腔腔的的光光洁洁度度，进进而而确确保翻制的产品具有较高的表面质量和便于从硅胶模中取出。保翻制的产品具有较高的表面质量和便于从硅胶模中取出。软软 模模制作型框和固定原型制作型框和固定原型依依据据原原型型的的几几
15、何何尺尺寸寸和和硅硅胶胶模模使使用用要要求求设设计计浇浇注注型型框框的的形形状状和和尺尺寸寸，型框的尺寸应适中。型框的尺寸应适中。在在固固定定原原型型之之前前，需需确确定定分分型型面面和和浇浇口口的的位位置置，这这直直接接影影响响着着浇浇注注产产品品能能否否顺顺利利脱脱模模和和产产品品浇浇注注质质量量的的好好坏坏。当当分分型型面面和和浇浇道道选选定定并并处处理理完毕后，便将原型固定于型框中。完毕后，便将原型固定于型框中。u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤硅橡胶计量、混合并真空脱泡硅橡胶计量、混合并真空脱泡硅硅橡橡胶胶用用量量应应根根据据所所制制作作的的型型框框尺尺寸寸和和硅硅橡橡胶胶的的比
16、比重重准准确确计计量量。将将计计量量好好的的硅硅橡橡胶胶添添入入适适当当比比例例的的硬硬化化剂剂，搅搅拌拌均均匀匀后后进进行行真真空空脱脱泡。脱泡时间应根据达到的真空度来掌握。泡。脱泡时间应根据达到的真空度来掌握。硅橡胶浇注及固化硅橡胶浇注及固化硅硅橡橡胶胶混混合合体体真真空空脱脱泡泡后后浇浇注注到到已已固固定定好好原原型的型框中。型的型框中。浇注后，为确保充填完好，再次真空脱泡。浇注后，为确保充填完好，再次真空脱泡。脱脱泡泡的的目目的的是是抽抽出出浇浇注注过过程程中中掺掺入入硅硅胶胶中中的的气气体体和和封封闭闭于于原原型型空空腔腔中中的的气气体体，此此次次脱脱泡泡的的时时间间应应比比浇浇注注
17、前前的的脱脱泡泡时时间间适适当当加加长长，具具体体时时间间应应根根据据所所选选用用的的硅硅橡橡胶胶材材料料的的可可操操作作时间和原型大小而定。时间和原型大小而定。脱脱泡泡后后，硅硅胶胶模模可可自自行行硬硬化化或或加加温温硬硬化化。加加温硬化可缩短硬化时间。温硬化可缩短硬化时间。软软 模模u硅橡胶模的制造硅橡胶模的制造步骤步骤拆除型框、刀剖开模并取出原型拆除型框、刀剖开模并取出原型当当硅硅胶胶模模硬硬化化后后，即即可可将将型型框框拆拆除除并并去去掉掉浇浇道棒等。道棒等。参参照照原原型型分分型型面面的的标标记记进进行行刀刀剖剖开开模模，将将原原型取出型取出对对硅硅胶胶模模的的型型腔腔进进行行必必要
18、要清清理理，便便可可利利用用所所制制作作的的硅硅橡橡胶胶模模具具在在真真空空状状态态下下进进行行树树脂脂或或塑料产品的制造塑料产品的制造软软 模模拆除型框拆除型框刀剖开模刀剖开模取出原型清理后合模取出原型清理后合模小件树脂产品硅小件树脂产品硅胶模的制作流程胶模的制作流程关公硅胶关公硅胶模制作模制作u产品制造产品制造原材料原材料聚氨酯材料聚氨酯材料硬硬质质材材料料（类类ABS）、半半硬硬质质材材料料（类类PP，PE，PC，PMMA）和弹性材料（类橡胶）和弹性材料（类橡胶）操作时间操作时间35m，离模时间，离模时间1h制造过程制造过程通通过过改改变变树树脂脂中中双双组组分分的的构构成成来来调调整整
19、树树脂脂零零件件的的机机械性能械性能模具寿命为模具寿命为2050件树脂零件件树脂零件软软 模模u产品制造产品制造制造过程制造过程软软 模模u产品制造产品制造制造过程制造过程预热预热预热硅橡胶模和原材料（液态双组分聚氨酯）预热硅橡胶模和原材料（液态双组分聚氨酯）合模合模用用大大号号订订书书机机沿沿分分模模面面顺顺序序订订压压订订书书钉钉，缠缠绕绕一一圈圈胶胶带带，使上下半模良好密封，防止浇注时液态材料从分模面溢出使上下半模良好密封，防止浇注时液态材料从分模面溢出抽真空抽真空将硅橡胶模放入真空浇注机，排除模具型腔中的气体将硅橡胶模放入真空浇注机，排除模具型腔中的气体浇注浇注通通过过控控制制系系统统
20、，将将A A杯杯内内的的固固化化剂剂注注入入B B杯杯，混混合合器器开开始始进进行行搅搅拌拌，然然后后，使使B B杯杯中中已已混混合合的的液液态态材材料料通通过过漏漏斗斗徐徐徐徐注注入模具的型腔入模具的型腔软软 模模u产品制造产品制造制造过程制造过程固化固化待待硅硅橡橡胶胶模模中中的的液液态态材材料料初初步步固固化化后后，将将模模具具放放入入烘烘箱箱，在在70707575下加热，使液态材料完全固化下加热，使液态材料完全固化取件取件取取出出硅硅橡橡胶胶模模，去去除除模模具具上上的的胶胶带带与与订订书书钉钉，用用压压缩缩空空气气枪向模具的浇口吹气，分开上下半模，取出塑料件。枪向模具的浇口吹气，分开
21、上下半模，取出塑料件。后处理后处理软软 模模u应用应用可可用用于于快快速速成成形形塑塑料料件件（最最普普遍遍）或或蜡蜡件件，这这些些成成形形件件不不仅仅是是一一般般的的塑塑料料件件，而而且且可可以以是是大大型型、复复杂杂、高高性性能能、高高透透明明度度、高高精精细细度度的的塑塑料件料件 软软 模模汽车保险杠汽车保险杠ABSABS塑料件塑料件 硬塑料件、透明塑料件硬塑料件、透明塑料件和弹性塑料件和弹性塑料件 u软模软模应用应用软软 模模形状复杂的塑料件及其硅橡胶模形状复杂的塑料件及其硅橡胶模 硅橡胶模和浇注的弹性件硅橡胶模和浇注的弹性件 有许多密集小孔的网格式塑料件有许多密集小孔的网格式塑料件
22、硅橡胶模与浇注的蜡模硅橡胶模与浇注的蜡模 用硅橡胶模浇注的透明光学件用硅橡胶模浇注的透明光学件 u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模Composite Aluminum-Filled Epoxy,CAFE制制模模材材料料：铝铝基基复复合合材材料料填填充充铝铝粉粉的的环环氧氧树树脂脂uSLASLA成形的成形的树脂壳树脂壳铝填充环氧树脂衬模铝填充环氧树脂衬模成形部分采用成形部分采用SLASLA成形的型芯成形的型芯/型腔壳型腔壳采用铝填充环氧树脂填充壳背面采用铝填充环氧树脂填充壳背面桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺模型准备模型准备首首先先，真真实实功功能能零零件件制制造造中
23、中可可能能存存在在材材料料的的收收缩缩，因因此此，原原型型的的形形状状和和尺尺寸寸应应该该适适当当修修正正以以补补偿偿材材料料收收缩缩引引起起的的变变形。形。另另一一个个问问题题是是由由制制模模方方法法所所决决定定的的，用用于于制制造造环环氧氧树树脂脂模模具的快速原型应带有适当的具的快速原型应带有适当的拔模斜度拔模斜度。首首先先由由快快速速成成形形技技术术制制作作原原型型（实实际际最最终终零零件件）用用作作母母模模，作为母模的原型件必须经过作为母模的原型件必须经过表面打磨和抛光表面打磨和抛光桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺底座制作底座制作并并固定原型固定原型底底座座
24、的的制制作作要要保保证证与与模模型型及及分分型型面面相相吻吻合合，底底座座可可以以由由一一些些容容易易刻刻凿凿的的材材料料像像木木材材、金金属属、塑塑料料、玻玻璃璃、石石膏膏、甚甚至耐火泥制作。至耐火泥制作。固固定定好好模模型型后后，进进行行模模框框搭搭建建。当当环环氧氧树树脂脂模模具具需需要要用用模模框框加加强强时时，模模框框应应当当用用金金属属制制作作，并并且且模模框框内内部部应应尽尽可可能能粗糙，以增大环氧树脂与模框的粘接强度。粗糙，以增大环氧树脂与模框的粘接强度。桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺涂脱模剂涂脱模剂为为了了顺顺利利脱脱模模，模模型型及及分分模模面
25、面必必须须涂涂脱脱模模剂剂。脱脱模模剂剂应应该该涂涂得得尽尽可可能能地地薄薄，并并且且尽尽可可能能均均匀匀地地涂涂2 23 3遍遍，以以防防止止漏漏涂涂和和涂涂不不均均匀匀。然然而而，起起增增强强作作用用的的金金属属模模框框和和一一些些镶镶嵌嵌件件不不能能涂涂脱脱模模剂剂。有有时时，为为了了使使其其与与环环氧氧树树脂脂连连接接更更好好，还还应应打打毛毛其其表表面面，或或将将其其作作为为镶镶嵌嵌结结构构。将将环环氧氧树树脂脂与与固固化化剂剂和和填填料料及及附附加加物物金金属属粉粉末末等等均均匀匀混混合合，混混合合过过程程中中必必须须仔仔细细搅搅拌拌，尽尽可可能能地地防防止止混混进进气气体体。采采
26、用用真真空空混混料料机机可可以有效地防止气体的混入。以有效地防止气体的混入。桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺浇注树脂浇注树脂脱脱模模剂剂喷喷洒洒完完毕毕后后，将将混混合合好好的的填填充充物物浇浇注注到到型型框框内内，应应掌掌握握浇浇注注速速度度尽尽量量均均匀匀，并并尽尽可可能能使使环环氧氧树树脂脂混混合合料料从从模模框的最低点进入。框的最低点进入。去除底座去除底座并进行并进行另一半模的制作另一半模的制作待待树树脂脂混混合合物物基基本本固固化化后后，将将模模具具小小心心的的翻翻转转过过来来并并移移走走底底座座，搭搭建建另另一一半半模模的的模模框框，喷喷洒洒脱脱膜膜剂剂
27、，同同样样过过程程浇浇注注另一半模具。另一半模具。桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺树脂硬化并脱模树脂硬化并脱模待待树树脂脂完完全全固固化化后后，移移走走型型框框，将将上上下下半模放入后处理的炉子内加热并保温。半模放入后处理的炉子内加热并保温。环环氧氧树树脂脂的的硬硬化化过过程程可可以以在在一一定定压压力力下下进进行行。实实践践证证实实，压压力力条条件件下下进进行行硬硬化化可可以以防防止止气气孔孔的的产产生生，并并可可提提高高材材料料的的致致密密度度以以及及模模具具的的精精度度和和表表面面光光洁洁度度。由由于于光光固固化化树树脂脂的的力力学学性性能能较较低低，而而且且
28、大大部部分分做做成成中中空空结结构构（为为了了提提高高制制造造速速度度并并节节约约树树脂脂材材料料），因因此此压压力力不不能能太太高。高。硬硬化化过过程程最最好好在在6060以以下下，因因为为光光固固化化树树脂脂材材料料的的玻玻璃璃化化转转变变温温度度一一般般在在60806080之间。之间。当当环环氧氧树树脂脂完完全全硬硬化化后后，采采用用顶顶模模杆杆或或专专用用起起模模装装置置将将原原型型从从树树脂脂模模具具中中取取出出，如图所示。如图所示。桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺模具修整并组装模具修整并组装如如果果环环氧氧树树脂脂模模具具上上存存在在个个别别小小的的缺缺
29、陷陷，可可以以进进行行手手工工修修整整。修修整整包包括括局局部部环环氧氧树树脂脂补补贴贴和和钳钳工工打打磨磨等等。当当上上下下半半模模修修整整完完毕毕后后，便便可可以以与与标标准准的的或或预预先先设设计计并并加加工工好好的的模模架进行装配，完成环氧树脂模具的制作，交付使用。架进行装配，完成环氧树脂模具的制作，交付使用。桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造工艺制造工艺正母模正母模一个工步一个工步母母模模、树树脂脂模模都都较较硬硬，对对较较复复杂杂零零件件必必须须适适当当增增加加拔拔模模斜斜度，保证顺利脱模度，保证顺利脱模负母模中间硅橡胶软模负母模中间硅橡胶软模负母模设计、制造较困难负
30、母模设计、制造较困难易于脱模易于脱模二工步，尺寸误差增大二工步，尺寸误差增大正母模两次中间硅橡胶软模正母模两次中间硅橡胶软模工序较多，尺寸误差增大工序较多，尺寸误差增大桥桥 模模正母模正母模：形状与最终零件：形状与最终零件相同，考虑了收缩补偿相同，考虑了收缩补偿负母模负母模：形状与最终零件：形状与最终零件相反，考虑了收缩补偿相反，考虑了收缩补偿u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模制造过程（正母模）制造过程（正母模）有真空条件有真空条件制造母模和分型板制造母模和分型板母模表面涂覆脱模剂母模表面涂覆脱模剂母模、分型板置于型框中母模、分型板置于型框中设置冷却管设置冷却管配配备备模模具具材材料料（精精细
31、细研研磨磨铝铝粉粉和和双双组组分分热热固固性性环环氧氧树树脂脂），真空脱泡真空脱泡真空浇注，固化真空浇注，固化拆分，重复过程浇注另一半模拆分，重复过程浇注另一半模检查型芯型腔检查型芯型腔定定位位、加加工工浇浇注注孔孔、安安装装推推料料板板/推推料料杆杆/冷冷却却管管、装装配配至至标准模架标准模架热塑性塑料注射成型热塑性塑料注射成型桥桥 模模u铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模特点特点与与传传统统注注塑塑模模相相比比，省省略略了了模模具具设设计计、数数控控加加工工和和热热处处理理三三个个耗耗时时费费钱钱的的过过程程，成成本本大大大大降降低低，生生产产周期大大缩短；周期大大缩短；模模具具寿寿命命可可
32、达达10010010001000件件，对对形形状状简简单单零零件件可可达达50005000件，可满足中、小批量生产需要。件，可满足中、小批量生产需要。桥桥 模模uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模Direct AIM方方法法（20世世纪纪90年年代代中中期期3D Systems公公司司；AIMACES Injection Molding；ACESAccurate Clear Epoxy Solid，一一种种SLA快快速速成成形形工工艺艺）：在在 300下下直直接接把把热热塑塑性性塑塑料料注注入入一一种种玻玻璃璃化化温温度度为为65-85 的的SL光光敏敏树树
33、脂脂制制成成的的ACES模模腔中，得到塑料零件。腔中，得到塑料零件。桥桥 模模uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模Direct AIM方法：方法：要要有有较较长长的的注注塑塑循循环环周周期期，合合适适的的脱脱模模剂剂和和拔拔模模斜斜度度成型周期长成型周期长45min（树脂热导率低）（树脂热导率低）大型大型ACES镶块的快速成形时间长镶块的快速成形时间长3040hDirect AIM镶块的物理强度不高镶块的物理强度不高Direct AIM模具表面较软，抗磨损性较差模具表面较软，抗磨损性较差桥桥 模模uSLA成形的树脂壳铝填充环氧树脂背衬模成形的树脂壳铝填充环氧
34、树脂背衬模ACESACES型芯型芯/型腔壳背衬填充型腔壳背衬填充AFE/AlAFE/Al更短的更短的SLASLA制造时间制造时间更有效的热导率更有效的热导率更好的抗压强度更好的抗压强度更低的成本更低的成本注塑循环周期缩短注塑循环周期缩短模具寿命延长模具寿命延长桥桥 模模u直接制造直接制造金金属属粉粉末末SLSSLS成成形形直直接接制制造造金金属属模模具具，但但目目前前精精度难以满足要求度难以满足要求u间接制造间接制造先先利利用用快快速速成成形形技技术术加加工工出出非非金金属属材材料料的的原原型型，然然后后借借助助其其他他技技术术将将其其翻翻制制成成金金属属零零件件或或金金属属模具模具硬硬 模模
35、硬硬 模模u直接加工金属模具直接加工金属模具SLSSLS烧结烧结单一金属粉末直接烧结，一般为青铜基粉末单一金属粉末直接烧结，一般为青铜基粉末熔点差异较大的两种金属粉末烧结液相烧结熔点差异较大的两种金属粉末烧结液相烧结金金属属粉粉末末/树树脂脂烧烧结结降降解解聚聚合合物物高高温温二二次次烧烧结结渗金属渗金属LOMLOM成形成形成形材料为金属箔，可直接加工出铸造用成形材料为金属箔，可直接加工出铸造用EPSEPS气化模气化模FDMFDM成形成形成形材料为金属材料成形材料为金属材料硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法快速制模技术由美国法快速制模技术由美国3D
36、Systems公司开发公司开发成功，后转让给美国成功，后转让给美国Keltool公司。公司。KeltoolTM法制模技法制模技术实际上是一种术实际上是一种粉末冶金工艺粉末冶金工艺。KeltoolTM法基本原理及工艺流程法基本原理及工艺流程首先以三维首先以三维CADCAD软件设计概念原型（包括型腔和型芯）并保软件设计概念原型（包括型腔和型芯）并保存为存为STLSTL文件，然后将文件，然后将STLSTL格式文件传送至快速原型系统来制格式文件传送至快速原型系统来制造原始造原始原型原型；然后利用原始原型制得然后利用原始原型制得硅橡胶软模硅橡胶软模；接下来在真空无压状态下向硅橡胶软模内接下来在真空无压状
37、态下向硅橡胶软模内浇注浇注由两种不同成由两种不同成分，不同粒径组成的分，不同粒径组成的双形态混合金属粉末双形态混合金属粉末与与有机树脂粘结剂有机树脂粘结剂按一定比例组成的混合物，按一定比例组成的混合物，固化原型固化原型后制得待烧结坯；后制得待烧结坯；然后将待烧结坯放置于有氢气气氛的烧结炉内进行然后将待烧结坯放置于有氢气气氛的烧结炉内进行烧结烧结，在，在烧结过程的低温阶段，粘结剂被烧除并由流动的氢气带走；烧结过程的低温阶段，粘结剂被烧除并由流动的氢气带走；硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法基本原理及工艺流程法基本原理及工艺流程(续续)再继续升温烧结，将
38、纯金属粉末烧结在一起，从而制得孔隙再继续升温烧结，将纯金属粉末烧结在一起，从而制得孔隙分布均匀的骨架状坯体；分布均匀的骨架状坯体；最后，向骨架状坯体中渗入另一种金属（一般为铜），使之最后，向骨架状坯体中渗入另一种金属（一般为铜），使之成为完全致密的金属模具。由此工艺所制得的金属钢质硬模成为完全致密的金属模具。由此工艺所制得的金属钢质硬模一般为一般为70%的双形态混合金属和的双形态混合金属和30%的铜，其硬度可以因双的铜，其硬度可以因双形态混合金属的成分不同而不同。比如由形态混合金属的成分不同而不同。比如由A6模钢粉末及碳化模钢粉末及碳化钨粉末组成的双形态混合铁粉作为基体并经过渗铜致密和热钨粉末
39、组成的双形态混合铁粉作为基体并经过渗铜致密和热处理后得到的钢质硬模，硬度可达处理后得到的钢质硬模，硬度可达46-50Rc。硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的材料法的材料一一般般使使用用以以WC粉粉末末和和A6工工具具钢钢粉粉末末组组成成的的双双形形态态混混合合粉粉末末为为基基体体材材料料，精精细细研研磨磨的的WC颗颗粒粒，直直径径约约为为1-4m（平平均均有有效效粒粒径径为为2.5m），一一般般为为多多边边形形或或粒粒状状；A6工工具具钢钢粉粉末末直直径径为为20-38m（平平均均有有效效粒
40、粒径径为为27m）。与与简简单单地地采采用用单单一一形形态态的的粉末相比，这种双形态混合颗粒的优点如下：粉末相比，这种双形态混合颗粒的优点如下：粗细粒径比大于粗细粒径比大于7，因此双形态包的，因此双形态包的密度高密度高得多。得多。精细的精细的WC颗粒能填充较大颗粒能填充较大A6工具钢颗粒之间的空隙。工具钢颗粒之间的空隙。粘结剂的密度小的多，在还原炉中需要去除的粘结剂的密度小的多，在还原炉中需要去除的粘结剂较少粘结剂较少。烧结过程中烧结过程中平均收缩率较小，提高精度平均收缩率较小，提高精度。充分发挥了各组分的特点充分发挥了各组分的特点，粒径较小的，粒径较小的WC颗粒能提高表面光洁度，且能颗粒能提
41、高表面光洁度，且能改善镶块的耐磨性，粒径较大的改善镶块的耐磨性，粒径较大的A6工具钢颗粒则可以提供良好的韧性。工具钢颗粒则可以提供良好的韧性。硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的工艺特点法的工艺特点 以以KeltoolTM制成的耐用钢模材料为制成的耐用钢模材料为70%A6工具钢工具钢粉末及粉末及碳化碳化钨钨和和30%铜铜，A6模钢有良好的抗磨和低扭曲性，而碳化钨的硬模钢有良好的抗磨和低扭曲性，而碳化钨的硬度和耐久性极佳，铜原料则能够提高强度和导热率。度和耐久性极佳，铜原料则能够提高强度和导热率。其硬度为其硬度为30-34Rc，热处理后为，热处理后为4
42、6-50Rc，具有，具有非常好的模具寿非常好的模具寿命命，可达，可达1百万件以上。百万件以上。工艺流程简单，制作快速。工艺流程简单，制作快速。只要温度控制精确，可以将只要温度控制精确，可以将烧结和渗铜连续进行烧结和渗铜连续进行，节约成本，节约成本，缩短制作时间，而且减少因温度变化而引起的收缩和变形。缩短制作时间，而且减少因温度变化而引起的收缩和变形。硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的法的工艺特点工艺特点 所需材料要求粒度较细，且对粘结剂的粘结性、流动性、固化所需材料要求粒度较细，且对粘结剂的粘结性、流动性、固化性等性能有很严格的要求。性等性能有很严
43、格的要求。所用母模（模具负型）没有足够的强度和硬度，故所用母模（模具负型）没有足够的强度和硬度，故成形的模具成形的模具精度不够高精度不够高。模具模具生产周期较长生产周期较长，平均为，平均为4周，其中制作型芯件需要周，其中制作型芯件需要810天，天，而且型芯件的尺寸较小，一般在而且型芯件的尺寸较小，一般在152mm203mm101mm以下。以下。硬硬 模模uKeltoolTM法快速制模技术法快速制模技术KeltoolTM法的法的应用应用适合生产适合生产低公差、精细低公差、精细的模具，的模具，其尺寸精度为其尺寸精度为250mm土土0.04mm。硬硬 模模a)Keltool型腔型腔 b)Keltoo
44、l型腔固定于模架上型腔固定于模架上uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM法制模技术也称为法制模技术也称为间接金属粉末激光烧结间接金属粉末激光烧结制模制模，是由美国，是由美国DTM公司开发的一种用于快速模具的公司开发的一种用于快速模具的粉末成型技术。该成型技术是依据粉末成型技术。该成型技术是依据Texas大学获得的专大学获得的专利技术为基础致力于粉末类快速原型机器的研发与生利技术为基础致力于粉末类快速原型机器的研发与生产之后开发成功的。产之后开发成功的。RapidToolTM工艺原理及流程工艺原理及流程利用利用COCO2 2激光照射激光照射外层包有粘结剂的金
45、属粉末外层包有粘结剂的金属粉末使粉末粘结成为使粉末粘结成为半成品。粘结剂为热塑性聚合物，颗粒粒径约为半成品。粘结剂为热塑性聚合物，颗粒粒径约为5m5m，被预先，被预先包裹在低碳钢粉颗粒上；低碳钢粉颗粒粒径约为包裹在低碳钢粉颗粒上；低碳钢粉颗粒粒径约为55m55m。粘结粘结剂熔化后使钢粉颗粒固定在一起成为半成品剂熔化后使钢粉颗粒固定在一起成为半成品。半成品强度仅为。半成品强度仅为3MPa3MPa，因此必须小心处理，以免损伤薄弱部位。，因此必须小心处理，以免损伤薄弱部位。将半成品进行将半成品进行烧结处理烧结处理。将半成品置于含有。将半成品置于含有25%25%氢气和氢气和75%75%氮气氮气的电炉中
46、。炉温大约在的电炉中。炉温大约在700700时，时，粘结剂几乎全部被去除粘结剂几乎全部被去除。氧。氧化过程存在少量的碳渣，它会起胶粘作用，暂时协助粘合钢粉化过程存在少量的碳渣，它会起胶粘作用，暂时协助粘合钢粉颗粒。这样烧结后制得含有颗粒。这样烧结后制得含有60%60%体积金属，以及体积金属，以及40%40%体积空隙的体积空隙的钢骨架半成品。钢骨架半成品。硬硬 模模uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺原理及流程（续）工艺原理及流程（续）将钢骨架半成品进行将钢骨架半成品进行渗铜处理渗铜处理。继续将钢骨架半成品放入充以。继续将钢骨架半成品放入充以70%70
47、%氮气和氮气和30%30%氦气的加热炉内，并在适当位置摆设铜砖，之后，氦气的加热炉内，并在适当位置摆设铜砖，之后，升温至铜的熔点以上，低碳钢颗粒的熔点之下，大约升温至铜的熔点以上，低碳钢颗粒的熔点之下，大约11201120时，时，在制品下面的铜砖开始熔化并因毛细管现象渗入钢骨架中因粘在制品下面的铜砖开始熔化并因毛细管现象渗入钢骨架中因粘结剂蒸发所遗留下来的空隙，得到无孔隙的全致密的模具。结剂蒸发所遗留下来的空隙，得到无孔隙的全致密的模具。最后再将此全致密的模具进行一些最后再将此全致密的模具进行一些后处理后处理的工作如加工入料孔、的工作如加工入料孔、冷却水孔、顶出孔等，便完成了用于注射成型模具型
48、芯的制作，冷却水孔、顶出孔等，便完成了用于注射成型模具型芯的制作，然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进行批量制品然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进行批量制品的生产。的生产。硬硬 模模uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺原理及流程（续）工艺原理及流程（续）硬硬 模模uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM工艺特点工艺特点该方法所得到的型芯由该方法所得到的型芯由60%的钢和的钢和40%的铜所组成，在炉中的的铜所组成，在炉中的总线收缩率为总线收缩率为2.53.5%，硬度可达，硬度可达HRC27，材料机械
49、性能优，材料机械性能优于于Al7075，寿命可超过，寿命可超过50000件。件。优点优点制作过程快速制作过程快速(约约515工作日工作日)；模模具具型型芯芯中中含含有有40%或或45%的的铜铜，注注射射模模具具的的冷冷却却效效果果好好，循循环环时间可大大缩短；时间可大大缩短；模具模具寿命长寿命长；可使用传统工具进行机加工。可使用传统工具进行机加工。缺点缺点是在是在1120渗铜时会因渗铜时会因高温导致制件变形高温导致制件变形。硬硬 模模uRapid toolTM法快速制模技术法快速制模技术RapidToolTM制模材料及设备制模材料及设备DTM公司的公司的Sinterstation2500快速成
50、型系统所使用材料最初是快速成型系统所使用材料最初是一些热塑性材料，如一些热塑性材料，如PVC、PC、尼龙、蜡粉，以及用于制作、尼龙、蜡粉，以及用于制作壳型熔模铸造模型的材料，后来成型材料又扩展，现在可以成壳型熔模铸造模型的材料，后来成型材料又扩展，现在可以成型的材料包括三大类：丙烯酸基粉末（型的材料包括三大类：丙烯酸基粉末（True Form PM）、由尼）、由尼龙与玻璃珠强化尼龙组成的合成材料、聚合粘结剂预包裹的低龙与玻璃珠强化尼龙组成的合成材料、聚合粘结剂预包裹的低碳钢粉粒（例如：碳钢粉粒（例如：Rapid Steel2.0）。）。硬硬 模模uRapid toolTM法快速制模技术法快速制