论文部分内容阅读
摘要：传统的模具制造工艺复杂，制造时间长，在商机瞬息万变的当今社会，这样的效率很可能导致失去很多客户。此外，传统制造工艺中开模的风险较大。一方面开模成本较高，另一方面，产品开模之后有可能直接作废，尤其是对于没有经过市场检验的创新设计而言，例如应用于各款手机上的各式手机保护套，一旦市场不认可，就会造成较大的损失。然而利用快速成型技术则使模具制造变得非常简单，基于此，本文就在塑料模具制造中快速成型技术的应用展开了讨论。
关键词：塑料模具制造；快速成型技术；应用
1快速成型技术的原理
快速成型技术是将计算机技术、CAD、机械工程、数控技术、检测技术、激光技术和材料科学等集合为一体的高新技术。近年来，该技术在国内外得到了迅速的发展，并将成为二十一世纪制造业的重要组成部分。其原理是根据对三维CAD电子模型进行分层切片处理，得到一系列的二维截面轮廓，然后用激光束或其它方法切割、固化或烧结某种状态材料，得到一层层的产品截面并逐步叠加成三维实体。RP技术摒弃了传统机械加工的材料“去除”加工法，而采用全新的材料增长加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合，它从成型原理上提出了一个全新的思维模式，是一个从离散到堆积的过程。
2在塑料模具制造中快速成型技术的应用
2.1立体光固化技术
立体光固化工艺是根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，利用计算机在成型高度方向上模拟切片，形成一定间隔的一系列平面模型，并提取截面的轮廓信息；在计算机控制下，紫外激光按预定各分层截面的轮廓轨迹对液态环氧树脂基光敏树脂逐点扫描，被扫描区的树脂薄层发生光聚合（固化）反应，从而形成零件的一个薄层截面。该方法用密集激光束过量扫描待成型表面，照射非常均匀，并且激光束扫描间距很小，甚至部分重合。因此用立体光固化技术制作的快速成型件的精度和表面光洁度在目前所有快速制模方法中是最高的。而用体光固化技术直接制作注塑模的型腔或型芯，也取得了非常好的效果。体光固化技术制作的模具可用于注射多种热塑性塑料，模具价格适中，制作时间一般为2周左右。然而环氧树脂的导热性较差，虽然可采用较低的注射压力，但注射周期较长。
2.2箔材叠层技术
箔材叠层技术的核心原理是根据激光扫描的方式形成具体的设计图层，也可以在计算机仿真设计的过程中直接区别设计层级。并根据最小的变化公约数设定箔材的厚度，按照分层单元对其进行分层切割，此后采用热熔胶额等方式对顺序箔材进行粘合，从而产生整体的模具。此种模具快速成型方式在实际的应用过程中，表面光洁度以及精密度存在一定的不足。但是与其他方式相比具有更为高效的成型效能。除此之外，此种模式下所形成的模具成型速率最高。以相同复杂度的模具为例进行对比，其比立体光固化技术在时间层面上至少缩减70%。
2.3粉末激光烧结技术
粉末激光烧结技术与立体光固化技术类似。其应用远离是在设计台中铺设光敏粉末。该粉末在遇到高能激光照射时会产生烧结现象从而实现固化。在实际的成型过程中采用分层烧结，分层铺设的方式来进行。激光同样采用计算机进行控制，具有较高的稳定性与精密度。然而，由于烧结原理等问题，其在表面光洁度等方面存在一定的不足，需要通过后续的修整来提高其光洁度。而在修整过程中则会再次形成精密度的降低。另外，此种技术从根本上属于减材成型模式，在效能以及成本方面不具备优势。
2.4丝状材料堆叠技术
丝状材料堆叠技术是利用电能加热塑料等材质，达到熔融状态后从挤出喷头挤出，根据计算机切片处理的截面轮廓，计算机控制喷头按照零件各截面轮廓信息进行扫描，在工作台上一层一层地以固定的速率进行熔体沉积，然后将各层黏结，最终得到原型产品。丝状材料堆叠制作的系统成本较低，但喷头运动速度慢，加工时间较长。另外成型件由塑料丝组成，零件材质构成疏松，要经过去除黏结剂和渗铜处理，才能得到材质较为致密的模件。相关研究将不锈钢粉末用丝状材料堆叠技术制成了金属模型，经过烧结、渗铜等工艺制成了具有复杂冷却流道的注塑模具。这种方法制作过程简单，其尺寸也可以比较大，是一种具有发展前景的技术
2.5 3D打印技术
通过计算机的控制，采用材料的逐层堆叠方式对立体样式进行打印。该技术现阶段已经得到了成熟的应用，并且在维护、材料等方面不断的取得突破。与此同时，3D打印技术由于其材料的可重复应用特性，以及设计模版与样稿的来源广泛与兼容性较好等特征在应用层面具有一定的优势。与此同时，我们也需要看到3D打印技术在表面光洁度等方面依旧存在不足，且能够应用的材料较为有限，限制了其在具体应用中的范围问题。
3塑料模具制造中快速成型技术的应用现状
（1）目前RPM技术应用于模具制造的最大难题是材料的物理与化学性能制约了工艺的实现。用于RPM的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，并具有合格的物理化学性质。在成型材料上，目前主要是有机高分子材料，已成功开发并商业化应用的成型材料主要有环氧基光固化树脂、丙烯酸基光固化树脂、涂覆纸、精铸石蜡、聚酯蜡、纤维混纺料、MABS（医用ABS）、ABS、纤细尼龙、尼龙复合物、聚碳酸酯等。塑料或树脂类模具的优点是可使注射压力降低；缺点是导热性很差，生产周期过长，而且塑料或树脂类模具用作母模时的强度、耐热和耐腐蚀性都很差，形状和尺寸也不易保证。（2）RPM的注塑模很少能承受如注塑成型這样的高压，使用寿命不长、使用成本较高，有待进一步改善。（3）RPM的金属模具多数使用温度不太高，只适合小批量生产。
4结束语
综上所述，产品的生产离不开模具，尤其是注塑、铸造、锻压等加工艺。但是模具的开发、制作时间以及成本，往往是整个产品开发时间与成本的主要部分，既需要时间，又需要投入大量的资金。。快速成型技术是二十一世纪制造技术的一次重大突破，目前，越来越多的快速成型技术和机器投入到了实际应用中，其独特的制造原理和不可比拟的优越性缩短了制造商和客户需求距离，并逐渐满足了市场变化的需要。
参考文献：
[1]基于快速成型技术的快速模具制造[J].庄志雄.中国新技术新产品.2016（20）.
[2]塑料模具加工工艺的发展趋势[J].工程塑料应用.2014（04）.
[3]快速成形技术在铸造模具制造中的应用[J].任志林.山东工业技术.2015（22）.
[4]快速成形技术在模具制造中的应用[J].李显宽.科技展望.2015（05）.
（作者单位：杭州永创智能设备股份有限公司）
关键词：塑料模具制造；快速成型技术；应用
1快速成型技术的原理
快速成型技术是将计算机技术、CAD、机械工程、数控技术、检测技术、激光技术和材料科学等集合为一体的高新技术。近年来，该技术在国内外得到了迅速的发展，并将成为二十一世纪制造业的重要组成部分。其原理是根据对三维CAD电子模型进行分层切片处理，得到一系列的二维截面轮廓，然后用激光束或其它方法切割、固化或烧结某种状态材料，得到一层层的产品截面并逐步叠加成三维实体。RP技术摒弃了传统机械加工的材料“去除”加工法，而采用全新的材料增长加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合，它从成型原理上提出了一个全新的思维模式，是一个从离散到堆积的过程。
2在塑料模具制造中快速成型技术的应用
2.1立体光固化技术
立体光固化工艺是根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，利用计算机在成型高度方向上模拟切片，形成一定间隔的一系列平面模型，并提取截面的轮廓信息；在计算机控制下，紫外激光按预定各分层截面的轮廓轨迹对液态环氧树脂基光敏树脂逐点扫描，被扫描区的树脂薄层发生光聚合（固化）反应，从而形成零件的一个薄层截面。该方法用密集激光束过量扫描待成型表面，照射非常均匀，并且激光束扫描间距很小，甚至部分重合。因此用立体光固化技术制作的快速成型件的精度和表面光洁度在目前所有快速制模方法中是最高的。而用体光固化技术直接制作注塑模的型腔或型芯，也取得了非常好的效果。体光固化技术制作的模具可用于注射多种热塑性塑料，模具价格适中，制作时间一般为2周左右。然而环氧树脂的导热性较差，虽然可采用较低的注射压力，但注射周期较长。
2.2箔材叠层技术
箔材叠层技术的核心原理是根据激光扫描的方式形成具体的设计图层，也可以在计算机仿真设计的过程中直接区别设计层级。并根据最小的变化公约数设定箔材的厚度，按照分层单元对其进行分层切割，此后采用热熔胶额等方式对顺序箔材进行粘合，从而产生整体的模具。此种模具快速成型方式在实际的应用过程中，表面光洁度以及精密度存在一定的不足。但是与其他方式相比具有更为高效的成型效能。除此之外，此种模式下所形成的模具成型速率最高。以相同复杂度的模具为例进行对比，其比立体光固化技术在时间层面上至少缩减70%。
2.3粉末激光烧结技术
粉末激光烧结技术与立体光固化技术类似。其应用远离是在设计台中铺设光敏粉末。该粉末在遇到高能激光照射时会产生烧结现象从而实现固化。在实际的成型过程中采用分层烧结，分层铺设的方式来进行。激光同样采用计算机进行控制，具有较高的稳定性与精密度。然而，由于烧结原理等问题，其在表面光洁度等方面存在一定的不足，需要通过后续的修整来提高其光洁度。而在修整过程中则会再次形成精密度的降低。另外，此种技术从根本上属于减材成型模式，在效能以及成本方面不具备优势。
2.4丝状材料堆叠技术
丝状材料堆叠技术是利用电能加热塑料等材质，达到熔融状态后从挤出喷头挤出，根据计算机切片处理的截面轮廓，计算机控制喷头按照零件各截面轮廓信息进行扫描，在工作台上一层一层地以固定的速率进行熔体沉积，然后将各层黏结，最终得到原型产品。丝状材料堆叠制作的系统成本较低，但喷头运动速度慢，加工时间较长。另外成型件由塑料丝组成，零件材质构成疏松，要经过去除黏结剂和渗铜处理，才能得到材质较为致密的模件。相关研究将不锈钢粉末用丝状材料堆叠技术制成了金属模型，经过烧结、渗铜等工艺制成了具有复杂冷却流道的注塑模具。这种方法制作过程简单，其尺寸也可以比较大，是一种具有发展前景的技术
2.5 3D打印技术
通过计算机的控制，采用材料的逐层堆叠方式对立体样式进行打印。该技术现阶段已经得到了成熟的应用，并且在维护、材料等方面不断的取得突破。与此同时，3D打印技术由于其材料的可重复应用特性，以及设计模版与样稿的来源广泛与兼容性较好等特征在应用层面具有一定的优势。与此同时，我们也需要看到3D打印技术在表面光洁度等方面依旧存在不足，且能够应用的材料较为有限，限制了其在具体应用中的范围问题。
3塑料模具制造中快速成型技术的应用现状
（1）目前RPM技术应用于模具制造的最大难题是材料的物理与化学性能制约了工艺的实现。用于RPM的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，并具有合格的物理化学性质。在成型材料上，目前主要是有机高分子材料，已成功开发并商业化应用的成型材料主要有环氧基光固化树脂、丙烯酸基光固化树脂、涂覆纸、精铸石蜡、聚酯蜡、纤维混纺料、MABS（医用ABS）、ABS、纤细尼龙、尼龙复合物、聚碳酸酯等。塑料或树脂类模具的优点是可使注射压力降低；缺点是导热性很差，生产周期过长，而且塑料或树脂类模具用作母模时的强度、耐热和耐腐蚀性都很差，形状和尺寸也不易保证。（2）RPM的注塑模很少能承受如注塑成型這样的高压，使用寿命不长、使用成本较高，有待进一步改善。（3）RPM的金属模具多数使用温度不太高，只适合小批量生产。
4结束语
综上所述，产品的生产离不开模具，尤其是注塑、铸造、锻压等加工艺。但是模具的开发、制作时间以及成本，往往是整个产品开发时间与成本的主要部分，既需要时间，又需要投入大量的资金。。快速成型技术是二十一世纪制造技术的一次重大突破，目前，越来越多的快速成型技术和机器投入到了实际应用中，其独特的制造原理和不可比拟的优越性缩短了制造商和客户需求距离，并逐渐满足了市场变化的需要。
参考文献：
[1]基于快速成型技术的快速模具制造[J].庄志雄.中国新技术新产品.2016（20）.
[2]塑料模具加工工艺的发展趋势[J].工程塑料应用.2014（04）.
[3]快速成形技术在铸造模具制造中的应用[J].任志林.山东工业技术.2015（22）.
[4]快速成形技术在模具制造中的应用[J].李显宽.科技展望.2015（05）.
（作者单位：杭州永创智能设备股份有限公司）