3D打印塑料-長春3D打印模型模具快速成型

1、快速原型制造

利用快速成型方法可以方便、快捷地制造出所需要的原型，主要是（塑料，樹脂，金屬，PA、ABS等）原型。它在新產品的開發中具有十分重要的作用。通過原型，設計者可以很快地評估設計的合理性、可行性，并充分表達其構想，使設計的評估及修改在極短的時間內完成。因此，可以顯著縮短產品開發周期，降低開發成本。具體地講，它主要有以下三個方面的用途。
（1）外形設計考查
很多產品特別是家用電器、移動通訊工具及汽車等對外形的美觀和新穎性要求極高。傳統檢驗外形的方法是用 CAD 將產品圖形顯示于計算機屏幕，但這種方法實際直觀性太差。采用快速原型制造方法可以在極短的時間內，用低廉的造價直接做出設計模型，供設計人員及用戶審查，修改設計后再進行檢驗，直到滿意為止。
（2）功能檢測
設計者使用 RP原型可以迅速進行功能檢測，如流動分析、應力分析、空氣動力學分析等，確定是否最好地滿足設計的要求，從而優化產品設計。如風扇、風鼓等的設計，可獲得最佳扇葉曲面、最低噪音的結構。
（3）裝配干涉檢驗
對新產品的開發，尤其是在有限空間內的復雜系統，其裝配干涉檢驗是十分必要的。SLS原型可以用來制作裝配模擬件，觀察各零部件之間是否協調配合，如何相互影響。通過上述檢驗可以在最短時間內成功地完成設計。
2、快速模具制造
制造模具有直接法和間接法兩種。直接制模是用SLS工藝方法直接制造出樹脂模、陶瓷模和金屬模具；間接制模則是用快速成形件做母?；蜻^渡模具，再通過傳統的模具制造方法來制造模具。
（1）直接制模
① 直接制造樹脂模
利用尼龍，樹脂等成型材料可直接制作樹脂模。上述材料經快速成型機制作出模具，然后將制作完成的模具，組合在注射模的模座上，用于實際的注射成型。也可制作出中空模具，以金屬樹脂灌注之，以強化內部結構，并且在模具表面，滲上一層樹脂進行表面結構強化，即可承受注射成型的壓力、溫度，從模具燒結成型至注射塑料產品只需花費5～6天的時間。上述樹脂模也可以作為吸塑模和型腔模使用。
②直接制造金屬模具
直接制造金屬模具是目前世界發達工業國家都在研究的領域，主要有以下三種途徑：
第一，金屬粉末大功率激光燒結成型技術
利用高功率激光（1000 W以上）對金屬粉末進行掃描燒結，逐層疊加成型，成型件經表面后處理（打磨、精加工）即完成模具制作，制作的模具可作為壓鑄模、鍛模使用。該方法與激光熔敷的工藝原理是一致的。
第二，混合金屬粉末激光燒結成型技術
成型粉末為兩種金屬粉末的混合體，其中的一種熔點較低，起粘結劑的作用，利用低功率激光快速成型機對混合粉末進行激光燒結即可直接制作金屬模具，用于批量較大的塑料零件和蠟模的生產。
第三，金屬—樹脂粉末激光燒結成型法
以覆膜金屬粉末或金屬與樹脂的機械混合粉末為成形原料，通過選區燒結得到金屬粘結實體，再經后處理（脫脂、高溫燒結、滲金屬等），直接形成金屬模具。
（2）間接制模
間接制模的方法較多， 比較常用的有以下三種。
① 金屬噴涂制模法
采用噴槍將金屬噴涂到快速成形的原型上形成一個金屬硬殼層，將其分離下來，用填充鋁粉的環氧樹脂或硅橡膠支撐，即可制成注塑模具的型腔。這一方法省略了傳統加工工藝中的詳細畫圖、數控加工和熱處理等三個耗時費錢的過程，因而成本只有傳統方法的幾分之一。
②硅橡膠模法
硅膠模的制備方法是將液體硅膠按照快速成形母模的分型線依次澆鑄，待硅膠固化后， 再將母模脫去，形成一副橡膠模具。硅膠模的特點是制模過程簡單，不需專門設備，脫模容易。硅膠模適宜于蠟、樹脂、石膏等澆鑄成型方法。廣泛應用于精鑄蠟模的制作、藝術品的仿制和生產樣件的制備。
③振動研磨法
振動研磨法是一種利用快速成形原型母模直接加工石墨電極(電火花加工用)的方法。首先利用原型制作一個 Sin 環氧樹脂的負型做為研磨頭，將研磨頭和石墨塊安放在專用的石墨電極研磨機上，研磨頭產生微小旋振， 不斷研磨石墨本體，在石墨塊上研磨出與研具形狀相反, 而與零件形狀相同的石墨電極。
用振動研磨法加工石墨電極，使電極的加工自動化。一個研磨頭可以反復用來研磨電極。一個損耗了的電極經過研磨頭的修復即可復原。用快速成型制作電極的母模具有快速、精度高、尺寸易修改的特點。
3、快速鑄造
鑄造是制造業中常用的方法。在鑄造生產中，模板、芯盒、蠟模壓模等一般都是機加工和手工完成的，不僅加工周期長、費用高，而且精度不易保證。對于一些形狀復雜的鑄件，模具的制造一直是個老大難問題，快速成型技術為實現鑄造的短周期、多品種、低費用、高精度提供了一條捷徑?？梢酝ㄟ^以下三種方法實現快速鑄造。
（1）用快速成形技術直接制造精鑄用蠟模和樹脂消失模。
可以用蠟或可消失性樹脂為原料，直接制造精鑄用的蠟模和樹脂消失模，再用傳統的精鑄工藝，進行涂殼、脫蠟、焙燒等，得到鑄造型殼。對于樹脂消失模，采用高溫閃燒法，迅速將樹脂分解脫去。殘留灰分少，不漲殼、精度高，非常適宜于薄壁的復雜結構鑄件生產。
采用快速成型技術， 可以對收縮造成的尺寸誤差進行校正，如果鑄出成品的尺寸超差，可以立即對 CAD 模型進行修改，再做出第二件蠟模與樹脂模。這種方法尤其適用于形狀復雜的單件或小批量的鑄件生產，如飛機葉片、葉輪等等特殊件。國外公司已用此方法制造了飛機葉輪、摩托車汽缸頭、無鏈條自動車中軸等鑄件。
（2）用快速成形原型代替鑄造中的木?；蛑圃扈T造模具。
度和尺寸穩定性優于木模。特別是對于難以加工、需要多種組合的木模用快速成型模的優點就更為突出。
快速成形原型還可用于制造硅膠?；蚴嗄?、陶瓷模的母模，翻制成模具再制作蠟型芯殼或直接澆鑄，這種方法適合于小批量鑄件的生產， 用翻硅膠模的方法，借助快速成形原型生產出了人造骨、人體頭像、渦輪等零件的蠟模和鑄件。
（3）用快速成形技術直接成型鑄造型殼、型芯和蠟模的壓型。
用鑄造用覆膜陶瓷為原料， 可以一步制成鑄造用的型殼，在 CAD 環境中, 直接將零件模型轉換為殼型, 再配以澆冒口系統。燒結過程中，非零件部分進行燒結，零件部分仍是粉末。燒結完成后，將粉末倒出再經過固化處理就或為鑄造用的型殼。此方法省去了傳統精鑄過程中蠟型制作、涂殼、脫蠟等多道工藝過程，是對傳統鑄造過程的重大變革。

FDM 熔融層積成型技術優缺點：

優點：

（1）成本低。熔融沉積造型技術用噴頭打印代替了激光器，設備費用低；另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染，使得成型成本大大降低。
（2）采用水溶性支撐材料，使得去除支架結構簡單易行，可快速構建復雜的內腔、中空零件以?及一次成型的裝配結構件。
（3）原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和快速更換。
（4）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料PLA,ABS、PC、PA以及醫用ABS等。
（5）原材料在成型過程中無化學變化，制件的翹曲變形小。
（6）用蠟成型的原型零件，可以直接用于熔模鑄造。
（7）FDM?系統無毒性且不產生異味、粉塵、噪音等污染。不用花錢建立與維護專用場地，適合于辦公室設計環境使用。
（8）材料強度、韌性優良，可以裝配進行功能測試。
缺點：

（1）原型的表面有較明顯的條紋。
（2）與截面垂直的方向強度小。
（3）需要設計和制作

FDM 熔融層積成型技術應用及經典案例分享：
FDM應用領域包括概念建模、功能性原型制作、制造加工、最終用途零件制造、修整等方面,涉及汽車、醫療、建筑、娛樂、電子等領域,隨著技術的進步,FDM的應用還在不斷拓展。
豐田公司利用FDM技術制作母模

豐田公司采用FDM工藝制作右側鏡支架和四個門把手的母模，通過快速模具技術制作產品而取代傳統的CNC制模方式，使得2000 Avalon車型的制造成本顯著降低，右側鏡支架模具成本降低20萬美元，四個門把手模具成本降低30萬美元。FDM工藝已經為豐田公司在轎車制造方面節省了200萬美元。

Mizuno是世界上最大的綜合性體育用品制造公司，公司計劃開發一套新的高爾夫球桿，通常需要13個月的時間。FDM的應用大大縮短了這個過程，設計出的新高爾夫球頭用FDM制作后，可以迅速地得到反饋意見并進行修改，大大加快了造型階段的設計驗證，一旦設計定型，FDM最后制造出的ABS原型就可以作為加工基準在CNC機床上進行鋼制母模的加工。新的高爾夫球桿整個開發周期在7個月內就全部完成，縮短了40%的時間。目前，FDM快速原型技術已成為Mizuno美國公司在產品開發過程中起決定性作用的組成部分。

FDM技術在福特汽車公司中的應用

福特公司常年需要部件的襯板，當部件從一廠到另一廠的運輸過程中，襯板用于支撐、緩沖和防護。襯板的前表面根據部件的幾何形狀而改變。福特公司一年間要采用一系列的襯板，一般地，每種襯板改型要花費成千萬美元和12周時間制作必需的模具。新襯板的注塑消失模被聯合公司選作生產部后，部件的蠟靠模采用FDM制作，制作周期僅3天。其間，必須小心的檢驗蠟靠模的尺寸，測出模具收縮趨向。緊接著從鑄造石蠟模翻出A2鋼模，該處理過程將花費一周時間。模具接著車削外表面，劃上修改線和水平線以便機械加工。該模具在模具后部設計成中空區，以減少用鋼量，中空區填入化學粘結瓷。僅花5周時間和一半的原來成本，而且制作的模具至少可生產3萬套襯板。采用FDM工藝后，福特汽車公司大大縮短了運輸部件襯板的制作周期，并顯著降低了制作成本。