金属模具快速制造技术

快速制模(RT)技术，尤其是快速制造金属模具(RMT)技术能够使新产品由设计迅速转变成高效、低成本、优质的批量生产并抢占市场。虽然高速铣削技术对RMT技术发起了挑战，但RMT技术在某些方面仍具有机械加工技术所无可比拟的优势。  
    近年来可用于中、大批量成型生产的耐久性金属模具的快速制造技术受到极大关注。然而，目前的耐久性金属模具，尤其是大中型模具的快速制造技术尚不成熟，这是快速制模技术进一步发展并取得更大经济效益需要解决的关键所在。  
   快速制模技术可分为由RP（快速原型）系统制作的快速原型或由产品原型复制模具的间接法(IRT)，以及由RP系统无模直接制造模具的直接法(DRT)两大类。间接法实际上在RP技术诞生之前就已出现。随着RP技术的诞生而发展起来的直接法，尤其是直接快速制造金属模具的RMT法虽然受到高度关注，但目前由于可成形尺寸范围小，且在精度和材料性能的控制方面尚存在困难，其实用化程度远低于间接法。  
    快速软模制造技术  
    RT技术在硅胶、树脂等非金属的软模快速制造方面已取得长足进步。由原型快速复制模具的间接法成本低、周期短、形状限制小、复制精度较高，且因软质RP原型表面易精加工，可得到表面质量较高的模具，因而该方法用得最多。另外也有采用SLA激光固化成形的方法，即用直接法制造树脂/金属复合材料注塑模和铝板冲压成形模具等。然而，这些技术大都仅用于试模用模具的制造，模具不但存在耐久性不足的缺陷，而且因热传导性不高，易造成模具表面温度分布不均匀，从而最终影响成型质量。因此，综合机械性能优良、热传导性好及材料稳定性优良的金属模具，特别是耐磨、耐腐蚀的铁系合金的金属硬模快速制造技术更受到人们的关注。  
    快速金属硬模制造技术  
    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。  
    1、铸造制模法  
    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。  
    2、粉末烧结法  
    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。  
    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。