快速模具-铸造树脂和喷涂金属模具

尽管快速成型系统和材料在生产更强、更准确和更好的表面光洁度原型方面已经取得了很大的进步，但在生产材料和生产过程中，对生产原型的工具有很大的需求。这样的原型通常被称为技术原型。如果要在短时间内生产这些技术原型，则需要低成本、可靠的快速加工技术。

快速加工技术有直接和间接两大类。直接方法使用基于快速原型的过程直接制造工具插入，而间接方法使用RP过程生成用于制造工具插入的模式。本文介绍了两种间接快速加工工艺-铸造树脂和喷涂金属加工。通过节省成本和时间来评估流程对产品开发业务的影响。

间接加工-铸造树脂和喷涂金属

铸造树脂和喷涂金属模具已经存在了20多年，但它们对精确图案的依赖在一定程度上限制了它们的应用。由于快速原型(RP)系统的可用，提供了快速生产的精确部件，可以用作模具的模式，人们对这些已经建立良好的技术重新产生了兴趣。当这两种技术与RP技术相结合时，可以在很短的时间内以非常低的成本生产注塑、压缩成型和吹塑等工艺的原型模具。bet188娱乐城低成本主要归因于用于制造模具的材料的低成本。通常这两种工艺都需要熟练或半熟练的劳动力，因此劳动力成本可能相对高于其他快速加工技术。

铸造树脂和喷涂金属模具都可以很好地处理复杂的分割线，并可以通过包括加工金属镶件来容纳下切。在同类基础上，喷涂金属工具通常可以比相应的铸造树脂工具生产更高数量的零件。

铸造树脂模具

铸造树脂模具通常被称为铝填充环氧树脂模具或复合模具，是一种使用环氧树脂作为工具材料制造模具的工艺。

模具制作流程(见图1)

RP模型准备在模型板上，以定义工具的前半部分的负极。这就是所谓的模式。然后将铝或陶瓷填充环氧树脂直接浇铸在支撑框架上的图案上。允许树脂固化(从几个小时到36小时以上)。如果需要增加强度，可以在高温(高达1500xc)下进一步固化。模具的后半段重复此过程。bet188娱乐城当两半都已铸造和固化，然后可以分裂的工具，并准备成型。bet188娱乐城喷射器和流道通常被铣削到工具中，以确保总体功能，工具支撑框架集成到模具底座上，以便组装到成型机上。bet188娱乐城

优势
成本通常低于传统原型模具成本的40%，典型的交货时间在两到四周之间，并且可以很容易地复制诸如磨粒或打印等细节。

限制
当成型具有bet188娱乐城高纵横比的部件时，通常需要加工镶件。

与传统的模具相比，毛边会更频繁地出现，从而增加了修剪模具的工作量。bet188娱乐城

包装压力通常比传统模具中使用的压力低，这可能导致沉痕问题。bet188娱乐城

循环时间比传统模具更长，非常薄的零件至少需要30秒，壁厚超过3毫米的产品则需要1到4分钟。

精度取决于一个多步骤的过程，包括RP系统的精度限制(最多0.05 mm)。因此，在预测整体精度时，必须考虑到额外的收缩和变形。

发展
化学结合陶瓷、特殊等级树脂和特定表面涂层的发展将有助于进一步提高铸造树脂模具的能力。此外，人们正在进行大量的研究，以了解用这种工具生产的零件的性能与传统工具有何不同。本研究主要针对热导率相对较低的铸造树脂模具材料。

喷涂金属模具

一般来说，金属喷涂是用来描述将金属沉积到衬底上的三部分过程的短语。一种能量源(如电弧、燃烧火焰、等离子火焰)被用来熔化金属(以金属丝、粉末或锭的形式)，然后一种气体(如压缩空气、氮气)雾化熔化的金属并将其推到基材上。在喷涂金属模具的情况下，基材称为图案。

工具制造过程

目前最常用的模具制造工艺是锌合金电弧喷涂(见图2)．这是所有目前可用的喷涂金属工装工艺中第一个在20世纪70年代商业化的。虽然喷涂金属模具的概念并不新鲜，但由于快速原型的出现，人们对该技术的兴趣重新被点燃，因为快速和相对低成本的模具制造模式的可用性。bet188娱乐城

喷涂金属工具是通过将熔化金属的雾化液滴喷洒到图案上形成金属外壳(工具的表面)来生产的(见图3)．图案可以由许多不同的材料制成，包括大多数RP材料。金属外壳被喷涂到大约1.5毫米的厚度，然后使用铝填充树脂系统备份在支撑枕中。: x-small;" >

锌合金的熔点为422xC，属于熔点相对较低的合金。喷枪尖端产生的小颗粒冷却非常快，这使得该材料适合喷到立体光刻图案上，但它也可以喷到其他图案材料上，如蜡，石膏，甚至木材上，没有问题。

优势
成本通常低于传统模具成本的50%，喷涂金属模具的典型交货时间是传统交货时间的35%，并且可以很容易地再现颗粒或打印等细节。

限制
所有的金属喷涂工艺都受到可喷涂几何形状的限制，因为存在视线问题。例如，小的深特征通常需要插入。电弧喷涂锌合金模具的主要限制是刀具寿命[Segal和Cobb, 1995]。可以生产的部件数量取决于制造工艺、成型材料以及部件尺寸和几何形状。bet188娱乐城

发展
由于喷涂金属模具是一种“黑色艺术”，因此仍有一些实验和实际工作要做的失效模式和优化外壳厚度，背板系统和基本的模具设计，以开发一个可重复的，明确定义的快速模具方法用于原型组件的生产。在过去几年中，许多组织在开发用于原型工装和生产工装的钢喷涂方面取得了重大进展。与锌合金相比，钢的主要优点是它是一种更耐用的材料，它可以承受模具中的更高温度。bet188娱乐城因此，它适用于要求更高的工艺，如压铸。

英国梅尔顿莫布雷(Melton Mowbray)的PERA公司已经完成了使用单一电弧喷枪和RP图案生产电弧喷涂钢模具的工作(见图4)．

钢是用专门开发的喷嘴手动喷涂的，目前正在申请专利。钢壳中的残余应力可以控制，金属背衬系统使工具的操作温度可达500°C。位于丹麦Taastrup的丹麦技术研究所采用了一种基于同步喷丸强化的工艺来减轻钢壳的应力(见图5)．

在这里，一个五轴机器人被用来通过预先编程的路径操作基材、电弧喷枪和穿孔机。高速钢丸的应用被用来创造一个中性应力的情况。可接受的模式包括金属，可溶性陶瓷，SLA和低熔点合金。在需要的地方使用惰性气体来降低外壳的氧化物含量。目前由福特汽车公司开发的Sprayform®工艺是一项专利工艺，利用钢中某些相变的自然体积膨胀来抵消壳体中诱导的正常拉伸应力，生产电弧喷涂钢生产模具。

结论

本文只介绍了两种间接快速加工方法。还有许多其他的产品，包括商业化的和处于开发的高级阶段的。公平地说，大多数商业上可用的快速模具技术仍在开发中，也就是说，它们今天可以成功地使用，但正在进行广泛的开发工作，以进一步增强和改进它们。

显然，这些技术迫使在一定程度上的妥协，无论是在模具数量或外观方面。bet188娱乐城但是，如果能够很好地了解他们的实际能力，并找到合格的分包商，他们就可以提供出色的结果。

在考虑选择哪种技术时，最好的建议是回顾已发表的案例研究，因为大多数技术可以实现的结果各不相同。因素包括零件的几何形状，零件的材料和所需的数量。通常，单一的快速模具技术无法满足公司所有的原型模具需求。因此，明智的做法是考虑一系列技术，就像工具箱中包含几个不同的工具来处理手头的工作一样。

确认

作者要感谢PERA, Melton Mowbray，英国喷涂金属模具照片。

参考文献
快速技术原型的过程链。Brite Euram项目。合同号:BRPR-CT96-0155，工程编号:BE-2051。(http://ikppc43。verfahrenstechnik.uni-stuttgart.de / raptec /你可以)．

西格尔，j。i。科布，r。c优化电弧喷涂金属模具注塑成型，bet188娱乐城第一次全国快速成型和模具研究会议论文集，白金汉郡学院，1995年11月。