快速成形技术的快速模具制造技
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术第一种常见快速成型技术：数控加工技术。
数控加工技术是一种机器控制加工技术，利用计算机及其相应的程序控制生产设备，进行机械加工，使得一次处理能完成的で一台以上的机器工具构成的加工中心,部件在台面上面固定，四个或以上的自动工具装在滑轨上, 根据电脑程序指定的加工参数，自动更换、安装选择夹具，分别做加工工作，从而完成制件定位、撬开、冲孔、攻丝、开槽、铰榫等复杂加工工作。
数控加工技术主要采用机械加工加工，适用于大批量生产或多种多样零件快速、高效率、低成本加工，且图纸精度高、表面光洁度高等。
第二种常见快速成型技术：熔融塑料成型技术。
熔融塑料成型技术首先将原料加工成模板，然后将模板放入机器中，当原料温度到达要求时，机器自动把原料按照设定的温度、时间及力度压入模具内，形成冷却后的成型物体。
这种技术利用塑料的特性，具有效率高，成型精度高，成型时根据原料的特性可以做出不同的加工处理，并且具有强度大，防水，耐高低温的特点，适用于各种塑料制品的快速成型。
第三种常见快速成型技术：射出成型技术。
射出成型技术指在机械压力下将原料熔融输送到射出模具成型模块中，随后由冷却系统冷却，完成制件的快速成型。
这种技术主要用于金属铸件、塑料件等的制造，具有造件精度高，尺寸稳定性好，表面光洁，强度高，厚度一致，成型快，节省材料等优点。
第四种常见快速成型技术：热压成型技术。
热压成型技术是把金属或塑料原料置于型模具内，用压力和热量同时共同作用，使金属和塑料原料发生塑性变形而成型的一种快速成型技术。
该技术采用型模具可以实现造型精度高、制件造型美观，制造完后制件可以免去热处理步骤；并且利用该技术进行多余的金属屑的再生，形成复合制件，极大的降低了制件的生产成本。
快速成型与快速模具制造技术及其应用课程作业
1、立体光固化(SLA) 该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速
二、 STL数据文件及处理
快速成型制造设备目前能够 接受诸如STL，SLC，CLI， RPI，LEAF，SIF等多种数 据格式。其中由美国3D Systems公司开发的STL文 件格式可以被大多数快速成
型机所接受，因此被工业界
认为是目前快速成型数据的
准标准，几乎所有类型的快 速成型制造系统都采用STL 数据格式。
五、CT图像数据处理软Mimics
Mimics软件简介
Mimics软件是比利时Materialise公司面向医 学CT或MRI数据模型处理的运行在Windows 操作 系统环境下的高度集成的三维图像处理软件，该软 件能在几分钟内将CT或MRI数据转换成三维CAD或 快速成型所需的模型文件。其主要功能特点如下：
成型方法。
SLA技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫 描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形 成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再 敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型 制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作 时只需功率
3、选择性激光烧结(SLS)
研究SLS的有DIM公司、EOS公司、北京隆源公司。该法采用C02激光器作 能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄 的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层 完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干 等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷 粉进行粘接烧结的工艺还正在实验研究阶段。该技术具有原材料选择广泛、多 余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形 过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要 参数，原理如图4所示。
冲压模具的快速成形技术介绍
冲压模具的快速成形技术介绍冲压模具是用于冲压加工工艺的重要设备，通常由模架、上、下模座、上、下模板、顶针等组成。
传统的冲压模具采用的是传统制造工艺，制造周期长，生产效率低，导致产品制造成本高，难以满足市场需求。
快速成形技术主要是利用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、快速成型(RP)等技术，通过直接数据处理和机械制造的方法，从设计到制造的全过程中减少了一切繁琐的处理。
该技术的主要特点是：快速、高效、能够生产出形状复杂，尺寸精度高的冲压模具。
快速成形技术的主要应用有以下几个方面：1、产品开发：快速成形技术可以快速制造模具，大大缩短产品开发周期，加快上市速度。
2、小批量生产：快速成形技术可以满足小批量生产的需求，减少生产成本，提高工作效率。
3、个性化定制：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，方便实现个性化定制生产。
4、模具修复：快速成形技术可以修复模具，提高模具利用率，节约成本。
快速成形技术的实施步骤主要包括以下几个方面：1、模具设计：根据产品需求，使用CAD软件进行模具设计，设计完成后，经过计算机模拟验证。
然后将模具设计数据导入到CAM软件中，生成加工路径。
2、快速成形：根据CAM软件生成的加工路径，使用快速成形设备进行模具的快速成形。
常用的快速成形设备有三维打印机、激光烧结机等。
3、后处理：快速成形完成后，需要进行后处理，包括清理、热处理、表面处理等。
清理主要是去除模具表面残留物质，热处理是为了提高模具的硬度和耐磨性，表面处理是为了提高模具的表面质量。
快速成形技术有以下几个优点：1、缩短制造周期：传统模具制造周期长，快速成形技术可以大大缩短制造周期，提高生产效率。
2、节约成本：快速成形技术可以减少材料浪费、人工成本等，降低模具制造成本。
3、提高产品质量：快速成形技术可以生产出形状复杂，尺寸精度高的模具，提高产品质量。
4、适应多品种、小批量生产：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，适应多品种、小批量生产的需求。
基于快速成型的快速模具制造工艺分析
工 艺方 法直 接制 造 出树 脂模 、 陶瓷模 和金属 模具 ； 二
是 间接 快 速 制 模 Ｉ Ｔ（ｎ ｉ ｃ Ｒ ｐｄＴｏ ｌ ｇ ， Ｒ Ｉ ｄｒ ｔ ａ ｉ ｅ ｏｉ ） 即 ｎ 用 快速 成型件 作母 模 或 过 渡 模 具 ， 按传 统 的模 具 再 制造 方法 来制 造模 具 。 ］ 快 速模具 制造 的工 艺流 程如 图 １ 示 。 所
快速成型
2 快速成型技术的应用RP 技术完成从产品的概念设计（或改型设计）———造型设计———结构设计———基本功能评估———模拟样件试制这段开发过程。
但实际上，其应用领域几乎包括了制造的所有行业，以及医疗、人体工程、文物保护等领域。
2．1 快速成型在新产品研发中的应用在现代产品设计中，设计手段日趋先进，计算机辅助设计使得产品设计更加快捷、直观，但由于软件和硬件的局限，设计人员在新产品的研发阶段仍无法直观地评价所设计产品的效果、结构的合理性以及生产工艺的可行性。
每一个设计环节都可能存在着一些人为的设计缺陷，如果不及早发现就会影响后续工作。
RP 技术将CAD 数字模型实体化，可以对其进行设计评价、干涉检验，甚至进行某些功能测试，将设计缺陷消灭在初步设计阶段，减少损失。
2．2 快速成型在模具制造中的应用传统模具制造的方法很多，如数控铣削加工、成形磨削、电火花加工、线切割加工、铸造模具、电解加工、电铸加工、压力加工和照相腐蚀等。
由于这些工艺复杂、加工周期长、费用高而影响了新产品对于市场的响应速度。
而传统的快速模具其工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求。
快速模具制造（RT）技术是用快速成型技术及相应的后续加工来快速制作模具的技术。
应用快速模具制造技术，在最终生产模具开模之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，制造周期仅为原来的1/3~1/5，这些优点是RT 技术具有很好的发展条件。
快速模具制造技术在快速成型技术领域中，发展最迅速，产值增长最明显。
RP+RT 技术提供了一种从模具的CAD 模型直接制造模具的新概念和新方法，他将模具的概念设计和加工工艺集成在一个CAD/CAM系统内，为并行工程的应用创造了良好的条件。
RT 技术采用RP 早期、多回路、快速信息反馈的设计与制造方法，结合各种计算机模拟与分析手段，形成了一整套全新的磨具设计与制造系统。
RT 根据CAD 模型无需数控切削加工直接将复杂的型腔曲面制造出来，使模具制造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明显的效果。
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。
快速成型知识点
1、快速成型：快速成型技术，又称实体自由成型技术，快速成型的工艺方法是基于计算机三维实体造型，在对三维模型进行处理后，形成截面轮廓信息，随后将各种材料按三维模型的截面轮廓信息进行扫描，使材料粘结、固化、烧结，逐层堆积成为实体原型。
激光烧结深度：是直接影响烧结质量的重要因素之一，主要由激光能量参数及粉末材料的特征参数决定的。
其中，激光能量参数又包括激光功率、激光束扫描速度、激光线的长度及宽度；粉末材料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率、粉末熔点、比热容、颗粒尺寸及分布、颗粒形态及铺粉密度。
成型精度：是评价成型质量最主要的指标之一，它是快速成型技术发展的基石。
精度值一般的指机器的精度，即使给出制作也是专门设计的标准件的精度，而并非以为着制作任何制件都能达到的精度。
直接制模：用SLS、FDM、LOM等快速成型工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模具。
间接制模：用快速成型件作母模或过度模具，在通过传统的模具制造方法来制作模具。
软模技术：采用各种快速成型技术包括SLA、SLS、LOM，可直接将模型（虚拟模型）转换为具有一定机械性能的非金属的原型（物理模型），在许多场合下作为软模使用，用于小批量塑料零件的生产。
桥模制作：将液态的环氧树脂于有机或无机复合材料作为基体材料，以原型为基准浇注模具的一种间接制模方法。
覆模陶瓷：与覆模金属粉末类似，包覆陶瓷粉末（Al2O3等）。
金属粉：按其组成情况分为三种：（1）单一的金属粉（2）两种金属粉末的混合体，其中一种熔点较低起粘结剂的作用（3）金属粉末和有机粘结剂的混合体。
2、SLA/LOM基本原理及特点：（1）SLA基本原理: SLA技术是交计算机CAD造型系统获得制品的三维模型，通过微机控制激光，按着确定的轨迹，对液态的光敏树脂进行逐层扫描，使被扫描区层层固化，连成一体，形成最终的三维实体，再经过有关的最终硬化打光等后处量，形成制件或模具。
特点：可成型任意复杂形状，成型精度高，仿真性强，材料利用率高，性能可*，性能价格比较高。
快速成型技术及应用
第一章 快速成型原理及方法概要
1.3 RPT的现状和发展方向
取得重大成果。如美国DTM公司利用SLS工艺成形金属 件。一般可通过两种途径：一是使用高功率二氧化碳激 光直接烧结金属粉，逐层堆积成致密度高的结构件；二 是使用中低功率二氧化碳激光烧结覆膜金属粉成形，然 后通过高温烧结和渗金属处理获得致密度高的结构件。 国内如中北大学已利用SLS工艺间接成形小型结构件并 获得阶段成果。西工大在高功率激光直接烧结金属粉的 研究已取得重大进展。 加强RPT的应用研究，最大程度地拓宽其应用领域 。我国更应重视将RPT与反求工程相结合设计开发新产 品，符合中国国情。
第一章 快速成型原理及方法概要
1.1成型方式分类
根据现代成形学的观点,从物质的组织方式分为以 下四类: (1)去除成形(Dislodge Forming).去除成型是利 用分离的方法,把一部分材料有序地从基体上分离出去 而成型的方法. (2)堆积成形(Stacking Forming)．堆积成型是运 用合并与连接的方法，把材料（气．液．固相）有序 地合并堆积起来的成型方法．RP即属于堆积成型．堆 积成型是在计算机控制下完成的，其最大特点是不受 成型零件复杂程度的限制．从广义上讲，焊接也属堆 积成型范畴．
第一章 快速成型原理及方法概要
１.２快速成形的主要工艺方法
1.2.2分层实体制造(Laminated Object Manufacturing--LOM)
也称薄形材料选择性切割．它根据三维模型每一个截面的轮廓线．在计算 机的控制下，用CO2激光束对薄形材料(如底面涂胶的纸)进行切割，逐步 得到各层截面，并黏结在一起，形成三维产品，如图所示．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．
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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。
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。
2.用快速成形件作母模，复制软模具(Sｏｆt tooling)ﻭ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(Ｉroｎtoｏｌing)ﻭ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10００~10000件。
4．用快速成形系统制作电脉冲机床用电极ﻭ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(SilicoｎRｕbbｅr 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ﻭ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。
具体的制模流程如图1所示。