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模具工业是全球最大的横向产业，面向每个主要的垂直工业制造业。由于制造和模具是高度相互依存的，模具的设计和制造工艺与最终产品的竞争力息息相关。无数的产品都需要通过生产线上的刀具夹具来生产或是由模具来制造，模具制造包括模制（注射、吹塑和硅胶）或铸模（熔模、翻砂和旋压）两大类。 CNC加工是在制造模具时最常用的技术。虽然它能够提供高度可靠的结果，但同时也非常昂贵和费时。所以很多模具制造企业也开始寻找更加有效的替代方式，通过增材制造制作模具因其独特的优越性越来越受到市场的欢迎。 快速模具制造技术，是非常具有经济前景的领域。随着快速成型技术和材料技术的不断发展和完善，快速模具技术必将获得新的活力，尤其在开发高档技术产品方面，将会发挥更大的作用。 (1)电火花加工法 电火花加工法是利用RPM原型制作EDM电极，然后利用电火花加工制作钢模。其制作过程一般为：RPM原型→三维砂轮→ 石墨电极→钢模。 (2) 熔模精密铸造法 在批量生产硬质模具时可采用熔模精密铸造法。该方法是利用RPM原型或根据原型翻制的软质模具生产蜡模，然后利用熔模精铸工艺制作钢质模具。大部分的RPM原型都可以作为熔模精密铸造的母模。其工艺路线是：RP原型（中间过渡模）→制作蜡型→熔模铸造→成型/处理→模具。 (3) 陶瓷型精密铸造法 在陶瓷型精密铸造中，通常采用的母模（如木模、石膏模和金属模等）存在着加工困难、精度难以保证、制造周期长、使用寿命短和成本高等问题，因此对于复杂形状的零件将RP原型技术直接用于陶瓷型铸造，可比传统加工方法节省工时，降低成本。其工艺路线是：RP原型→软模→移出母模→浇注/喷涂浆料→浇注金属→成型/处理→模具。 (4) 金属熔射喷涂制造法 金属熔射喷涂制造模具的方法是在RP原型或过渡模型为母模的表面上，用电弧或等离子喷涂雾状金属，形成金属硬壳层，移去母模后，在金属壳背面补铸金属基合成材料或环氧树脂，形成硬背衬，经后处理得到金属表面与硬背衬构成的模具。用该方法制作的模具机械性能较好，精度也容易保证，可以制作工作压力较高的模具，模具寿命可达1000～30000件。 (5) 铝基合成材料制造法 以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注室温下液态铝基合成材料形成型腔，型腔经后处理制得模具。由于是在室温下浇注，避免了高温熔化金属浇注导致的较大翘曲变形，精度容易得到保证。用这种方法制作的注塑模具寿命一般为500～5000件(取决于被注射成形零件的材料和形状)。 (6) 化学粘结陶瓷材料制造法 以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注化学粘结陶瓷材料（CBC），在205℃下固化形成型腔，经处理后制得模具。用该法制得的模具寿命一般为300件。其工艺路线为：快速原型制作纸质母模→（浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等软材料）构成软模→移去母模→在软模中浇注化学粘结陶瓷(CBS) →在205℃下固化CBS型腔→型腔表面抛光加入浇注系统和冷却系统→小批量生产用注塑模。 (7) 铸造法 用快速原型作为石蜡铸造模具的蜡型或砂型铸造模具的模型，制作铸造壳型或砂型，然后浇注出金属模具来，但铸造出来的模具一般还要经过打磨或少量切削加工。 (8) 钢丝模具 钢丝模具是利用细钢丝在某个方向沿快速原型的外形排列而形成模腔的模具。钢丝可采用机械紧固，也可在钢丝上涂抹或在钢丝间注入环氧树脂或低熔点合金等作为粘结剂，压紧固化后即可。模腔内壁可冷喷涂金属合金，以提高使用寿命和表面质量。钢丝模不但适合生产塑料制品，还可用于生产金属制品。 (9)电铸制模 电铸制模法的原理和过程与金属喷涂法比较类似。它是采用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原型表面上，再背衬其他充填材料来制作模具的方法。电铸法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于精度要求较高、形态均匀一致和形状花纹不规则的型腔模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。 3D打印模具和夹具缩短了整个产品开发周期，并成为驱动创新的源头。在以往，由于考虑到还需要投入大量资金制造新的模具，公司有时会选择推迟或放弃产品的设计更新。通过降低模具的生产准备时间，以及使现有的设计工具能够快速更新，3D打印使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善。它能够使模具设计周期，跟得上产品设计周期的步伐。 金属3D打印的模具在一些小的、不连续的系列终端产品生产上具有经济优势（因为这些产品的固定费用很难摊销），或者针对某些特定的几何形状（专门为3D打印优化的）更有经济优势。尤其是当使用的材料非常昂贵，而传统的模具制造导致材料报废率很高的情况下3D打印具有成本优势。 金属3D打印的特殊冶金方式能够改善金属微观结构并能产生完全致密的打印部件，与那些锻造或铸造的材料（取决于热处理和测试方向）相比其机械和物理性能一样或更好。增材制造为工程师带来了无限的选择以改进模具的设计。当目标部件由几个子部件组成时，3D打印具有整合设计，并减少零部件数量的能力。这样就简化了产品组装过程，并减少了形位公差。 金属3D打印能够整合复杂的产品功能，使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷更少。例如，注塑件的总体质量要受到注入材料和流经工装夹具的冷却流体之间热传递状况的影响。 如果用传统技术来制造的话，引导冷却材料的通道通常是直的，从而在模制部件中产生较慢的和不均匀的冷却效果。3D打印可以实现任意形状的冷却通道，以确保实现随形的冷却，更加优化且均匀，最终导致更高质量的零件和较低的废品率。此外，更快的除热显著减少了注塑的周期，因为一般来说冷却时间最高可占整个注塑周期的70％。 3D打印降低了验证新夹具的门槛，从而能够在制造中投入更多移动夹具和固定夹具。传统上，由于重新设计和制造它们需要相当的费用和精力，所以夹具的设计和相应的装置总是尽可能地使用更长的时间。随着3D打印技术的应用，企业可以随时对任何夹具进行翻新，而不仅限于那些已经报废和不符合要求的夹具。 下载pdf原文，请加入3D科学谷QQ群529965687 |
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