快速模具制造技术发展及展望

　　制造业的历史可追溯到几百万年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨大的。从某种程度上说，工具的先进水平决定着生产力的高低。社会的发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，模具工业又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。

　　尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，模具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的变化，各种新的模具设计、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。而快速模具制造（Rapid Tool）正是以其突出的优点，切中了传统模具制造方法与市场要求的矛盾，获得了巨大的发展，显示了顽强的生命力和美好前景。快速模具制造背景快速模具制造之所以得到了各国高度的重视，应用也越来越广，主要有两个背景：一是市场需求提供了动力；二是技术的进步。

　　1）市场背景今天的企业，它所面对的市场已不再局限于国内的市场，而是面对一个全球化的市场，任何企业都在全球范围内寻求资源的最佳配置，以降低成本，从而在激烈的市场竞争中赢得自己的优势，才能生存下去。那么，今天的市场竞争有何特点呢？一个最明显的特征就是产品更新的速度大大的加快，产品的生命周期越来越短，产品的个性化越来越明显。这就对产品的设计和制造周期提出了更高的要求。二是世界网络化，竞争全球化。同一种产品，消费者往往面临着多种的选择，选择的范围扩展到了全球。在今天，你即使没走出家门，但你可能正消费着世界各地的产品和服务。

　　2）技术背景各种技术的不断进步，深刻的改变着人们的生活方式和思维方式。尤其是计算机技术的巨大进步，大大的加速了社会前进的步伐。同样，计算机技术也为模具工业带来了革命性的变化，而且这场革命还在不断的加速发展。快速模具制造技术正是有了计算机技术、激光技术以及新材料技术等相关技术，才得以不断的进步。由此可见，今天的技术与市场不是分离的，而是紧密相联的。所以，我们在进行技术创新与研究时，必须紧扣市场，以市场需求为导向，让技术服务于市场，服务于我们的社会。

　　快速模具制造特点及现状虽然快速成形技术问世不久，由于它本身巨大的优势，给制造业带来了巨大的效益，应用日益广泛。最先进的发达国家如美国，英国，德国和日本等，都非常重视快速成形技术的研究与应用，取得了明显的经济效益，尤其在工业、医学、军事、汽车和航空航天等领域已经得到了广泛的应用。传统的模具制造，采用去除式加工方法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件一种先进模具制造方法。快速成形是一种新工艺，它是利用工件的CAD三维模型，快速制作工件的实体模型，而快速模具制造技术颠覆了我们传统的模具制造概念，是模具工业的一场革命。快速模具制造技术是以快速成形（Rapid Prototying&Manufacturing，简称RP&M）技术为支撑技术的不用任何附加的传统模具或机加工。

　　它的几种常用的方法比较如下表：快速模具制造正是以快速成形技术提供的模型，不是用传统的去除加工方法，而是用添加式方法，快速制造模具的一种新工艺。在模具制造业，利用快速成形技术制得的快速原型，结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产模具；快速成形件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加生产模具；快速成形技术制得的快速原型也可以直接作为模具。

　　目前，快速模具制造主要有一下几种方法： ①快速软模制造；②铝填充环氧树脂模；③SLS直接烧结低碳钢－渗铜模；④低熔点金属模；⑤三维打印渗铜模；⑥电铸镍壳－陶瓷背衬模；⑦直接金属喷镀模；⑧直接金属激光液相烧结模；⑨气相沉积镍壳－背衬模等。

　　下面以软模的制造工艺作具体的介绍。

　　1）制作母模：母模呈最终工件正形，一般用快速成形方法制作；

　　2）制作浇注模：先在母模上，沿选定的分型面，粘贴一圈彩色胶带纸，并用胶带纸覆盖母模上无用的孔，用蘸有异丙醇的软湿布将母模与浇道芯模擦拭干净，然后用强力胶将浇道芯粘结于母模上，再制作框架；

　　3）称量所需的液态硅橡胶与固化剂；

　　4）用真空浇注机内部或外部的混合器，使之混合；

　　5)排除真空浇注机中的混合物中的空气；

　　6）将混合液注入浇注模中；

　　7）在真空浇注机中，用约15分钟排除浇注件中的气体；

　　8）将浇注模放入低温固化烘箱中，进行固化；

　　9）取出后，拆除浇注框，去毛边，并割开，取出母模和浇道芯；

　　10）使上下模对准，并用装订针将它们相互定位。

　　它具有以下特点：

　　1）模具的生产周期大大缩短，降低了成本。市场竞争愈来愈激烈，新产品推陈出新的速度越来越快，例如，十年前开发一辆新汽车的时间大约为60个月，而现在缩短到不到18个月。原来产品的开发周期用“年”作单位来表述，而现在长的用“月”，稍长一点用“周”，甚至许多模具的开发周期用“天”来描述。由此可见，这对传统的模具设计方法的确构成了挑战。而要解决这一问题，快速成形制造技术和快速模具制造技术为这一问题的有效解决提供了希望。这也正是这一技术被给予厚望的重要原因。由于以快速成形技术为基础的快速模具制造技术，改变了传统的“去除”方式的模具制造方法，直接由三维CAD产品设计到产品，省去了许多繁琐的加工过程，大大的缩短了模具制造周期。例如，利用硅橡胶的软模技术，一个产品由 CAD三维模型到一套软模的制成，需要的时间不到一周。回过头来，考察一下今天的手机市场，对于产品销售周期不到半年的新产品来说，具有更重要的意义。

　　2）更适合于形状复杂的、不规则零件的加工及模具制造。对于一些复杂形状的产品，即使在今天，数控加工、电火花等各种新的加工方法不断出现，但对于某些复杂的产品，仍然无能为力。而快速成形方法，任意复杂的形状对它来说不是难度。因为，它的基本的思想类似于微积分，是从微小的层入手，逐渐累加而成。在现实的客观世界，任何复杂的三维物体，都可以看成由无限多的二维平面叠加而成。传统的制造方法，是从一个比我们所需要的产品体积大的毛坯，不断的去除多余的材料，逐渐接近产品的过程。正是这又一突出的特点，使产品的设计过程中，减少了因加工工艺对产品设计的限制，更有利于充分发挥设计人员的想象力和创造力，为社会提供更丰富的产品。

　　3）大大的减少了材料的浪费，节约了资源，并且对环境影响小。基于快速制模及快速成形的特点，材料的使用是需要多少，就使用多少，极大的减少了材料的浪费。例如，去除加工，相当一部分材料没有使用就变成了废料。而且，材料的去除过程，也必须消耗大量的能量。这对于日益紧张的资源问题，走节约之路是必然的选择。应该说，这条路是建立在新技术的基础之上的。这也是衡量一个新技术是否有前景的重要指标。

　　4）灵活性提高，适用于产品试制及小批量生产。例如，在开发新产品时，为了预先了解市场对产品的反应情况，往往先进行小批量的试制。它的要求是时间短，成本低。如果使用传统的方法，成本高，周期长。所以，快速制模在小批量的生产中得到了广泛的应用。

　　5）减少了模具成形工件所需的时间，缩短了成形的循环周期，提高了模具生产效率。例如，在注塑模中，采用与工件共形的冷却水道，使塑料快速、均匀的冷却，缩短注射成形的循环时间，改善了工件的品质。既然快速模具制造具有许多优点，是不是传统的模具生产方法就“前景黯淡”了呢？答案是否定的。

　　因为它还有许多不足，还需不断的改善。它的缺点主要表现在以下几方面：

　　1）模具的表面质量、精度与传统的方法还有一定差距。现在对产品的精度，表面质量越来越苛刻。这意味着对模具的要求比以前更高了。众所周知，模具的精度要比产品的精度高出2～3个级别。目前，大部分的快速制模方法由于它的支撑——快速原型制造的精度与希望的还有不少差距，所以，直接影响了模具的精度，表面质量。

　　2）快速制模的模具现在主要局限于小件，对于较大尺寸的零件成形模还有待进一步的提高相关技术水平。

　　3）模具的强度不高，模具的寿命还较低，一般只有几十到上百件，目前还不能满足大批量生产的需要。这使快速模具制造技术限制在产品的试制阶段。例如硅橡胶模寿命只有30件，电弧金属喷度复合模只有1000件。综上所述，快速制模技术是有着广泛前景的一门新技术，同时，也存在很多问题，这也是它的巨大前景的反映。发展前景及展望对于一门新兴的技术，评判它的前景,不是看它的缺点多不多，而是考察它对市场的适应能力以及不断改善创新的潜力。

　　正是对这不足的不断改善，才使快速模具制造技术呈现出勃勃的生机，应用范围也不断扩展。它未来的发展方向主要表现在以下几个方面：

　　1）应用于快速模具制造的手段将不断增多。随着新技术的进步，各个领域每天都在不断的快速进步。而今天各个技术领域的一个突出特点是众多领域的科学与技术知识的综合。例如，快速制模技术一个重要的技术基础就是CAD技术的进步，它还涉及到新材料技术，控制技术等。人们孜孜以求的目标是无模化的产品生产。毋庸质疑，快速模具制造是传统制造向无模成形的一个过渡。将来无模制造一个可能的方法是生物基因控制的制造。

　　2）模具的性能将得到大大的改善与提高。众所周知，模具一般工作在高温、高压、交变载荷的条件下，这就对模具的硬度、耐磨性、耐高温性等提出了极高的要求。由于目前的快速制模技术在模具性能方面的不足，已经极大的限制了它的应用范围。现在常用的方法是热处理，表面渗入合金等方法来提高模具的性能。另外，选用合适的材料也是一个重要的方向。因为材料技术的进步，新材料的发现，都促进着快速制模技术的进步。目前，利用快速模具制造技术制作的模具，一般模具寿命在几十件到上百件左右。但是通过烧结钢复合模，其产量达到250000件，达到了传统加工方法制造的模具。这也是未来快速制模希望的曙光。

　　3）模具的精度将得到大的提高。这是模具生产过程中的一个重要指标。尤其是今天，对产品外观提出了更高的要求。只有高精密的模具，才能生产出高品质的产品。这主要表现在模具的表面光洁度和模具的尺寸精度以及在恶劣的生产条件下精度的稳定性。目前，利用快速工具钢烧结－渗铜模技术，抛光后的表面粗糙度可以达到0.02～0.025mm。但是，需要进行人工抛光等后续工作。

　　4）快速制模技术应用范围将越来越广。现在，快速模具制造技术汽车，航空航天，信息，医学工程等领域得到了广泛的应用。值得一提的是，快速模具制造技术在医学领域得到了极大的重视，例如，将这一技术用于假肢与移植物的制作，为有这方面需要的患者提供了很好的经济解决方案。尤其将其与逆向工程相结合，可以根据病人的实际进行个性化的定制。现在，国外从事这方面的公司，已经将人体的某些关节部位系列化，应用到实际生活中。例如，假如有病人有一只耳朵缺损，我们可以将病人的另一只耳朵进行扫描，再将数据进行镜像，创作出缺损耳朵的模型，然后制作人工耳。这是非常具有潜力的领域，也为许多患者带来了希望。总结综上所述，快速模具制造技术是一门新兴的技术，得到的广泛重视，发展十分迅速。它吸引了许多有志于这一领域的人投身其中，推动着这一技术的不断进步。我们完全有理由相信：这一领域拉开的序幕，将为模具制造业带来了新的革命。

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