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發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:118
自90年代起,增材制造(AM)技術經(jīng)過了漫長的發(fā)展,已經(jīng)衍生出了兩種范圍寬廣的模具制造技術類型。第一種是使用一個母模來制造鑄模或壓模,第二種是使用AM設備來制造實際模具或模具鑲件。
直接模具制造
采用AM技術實現(xiàn)的直接模具制造方法不要求具備模型,并且在制造金屬或塑料部件方面擁有為數(shù)眾多的加工制造方案。這些優(yōu)點可以減少模具制造過程的步驟,節(jié)約成本和時間。
一些制造商已經(jīng)在使用AM來制造注塑模具用的金屬鑲件,其中,Linear公司數(shù)年以來一直在成功地通過直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)鑲件來完成注塑模具部件的制造。
自90年代以來最為流行的直接模具制造形式之一就是Direct AIM,它采用光固化立體成型(SL)部件作為模具。開發(fā)此項技術的目的是采用較為廉價的模具來制造小批量的注塑部件。盡管此項工藝技術已經(jīng)日漸衰落,但由于更堅硬的SL材料的出現(xiàn),它在近年來掀起了一波小的復興浪潮。
3D打印機的發(fā)展也不容忽視。來自OBjet、3D Systems和Stratasys公司的3D打印機能夠作為有效的快速模具制造設備,特別是在要澆鑄熱固塑料和橡膠部件時。Stratasys公司的熔融沉積成型(FDM)打印技術已經(jīng)成功運用于熱成型/真空成型直接模具制造。采用這種方法制造的模具在本質(zhì)上存在多孔構(gòu)造,這種構(gòu)造能讓空氣流通,從而在很大程度上免除了鉆孔的需要。FDM模具目前還在應用于要求更為嚴格的直接制造應用,如沖壓模具和液壓成型模具。
而且,直接模具制造并不一定要局限于小型部件。ExOne和Voxeljet公司都擁有可以制造直接模具的大型系統(tǒng),包括Voxeljet的VX4000,此系統(tǒng)能夠構(gòu)建大于12in×6in×3in(1in=25.4mm)的模具。
間接模具制造
目前,市場上已經(jīng)開發(fā)了多種基于模型的工藝用于通過AM方式快速制造模具,其成本、制造周期和工藝能力各不相同。總體來說,任何工藝,無論是加式、減式或成型式,都可以用于間接模具制造。這些工藝的精度在很大程度上取決于制造模具的方法的精度。
只有極少制造領域會像熔模鑄造這樣受到AM技術如此深刻的影響。早在AM技術發(fā)展之初,Helisys公司的疊層實體制造(LOM)系統(tǒng)就將疊層紙張應用于熔模鑄造,原因在于這種材料含灰量較低。這家公司目前正在通過QuickCast(一種光固化立體成型構(gòu)建型式)、噴蠟和噴脂系統(tǒng)來制造鑄造模具,如PolyJet and Multi-Jet成型(MJM),采用選擇性激光熔結(jié)(SLS)加工聚苯烯以及采用FDM技術加工ABS樹脂。
在塑料領域,許多需要生產(chǎn)相對較少批量塑料部件的公司都在采用硅膠模具。其中包括將在AM模具內(nèi)澆濤成型的基礎室溫硫化(RTV)模具或聚氨酯的滾塑成型模具。用于反應注射成型(RIM)或標準注塑成型的環(huán)氧樹脂模具制造可以做為一種經(jīng)濟有效的方法來制造橋模。
一次性模具也可以在AM當中發(fā)揮作用,而FDM技術也一直成功地應用于復合材料領域的可沖洗心軸。其他基于模具的RT工藝包括了鑄造鋅合金模具制造、3D Keltool、metalCopy、PHAST、V-Process和橡膠石膏模具制造。
高性能模具
通過采用高性能的模具,成型周期變得比制造實際模具的周期更為重要,而運用AM技術在模具內(nèi)形成適形冷卻通道會有助于加快成型周期。這些通道與模具空腔的形狀相適應并讓冷卻劑可以從中流過,比直線通道更快。試驗表明適形冷卻能夠?qū)⒊尚椭芷诳s短30%以上并且能夠提升部件的質(zhì)量。這種效果可對部件成本和生產(chǎn)速率產(chǎn)生重要的影響。
另一種實施熱量管理的方法是采用功能性分級材料。其方法是在模具表面使用諸如H13工具鋼這樣堅硬耐用的材料,在模具剩余部分采用如銅合金這樣的高導熱性材料。Optomec和POM公司都采用了來自Sandia Labs公司的LENS技術,已經(jīng)成功地應用于以銅芯直接制造鑄模和壓模。
由Solidica公司商品化的超聲波固體技術目前正由Fabrisonic公司以超聲波增材制造(UAM)的名稱在快速模具制造領域推廣。此項工藝能夠使用鋁、銅和鋼材來制造模具,并可用于壓模鑄、熔模鑄造和真空成型。UAM能夠制造出復雜的共形冷卻通道,并且能夠?qū)⒉煌慕饘俳Y(jié)合到一起,能夠制造出采用多種材料的模具。金屬噴涂技術,諸如來自RSP Tooling和Ford Motor Co.的技術,也證明了能夠通過功能性分級材料來大幅延長模具使用壽命。
AM也正在用于制造多種其他類型的模具,包括夾具、制具、模板、鉆孔導具和其他器具。由于這種模具涉及到復雜的外形或多軸向通孔模具,AM可以提供很顯著的優(yōu)勢。模具形狀可以通過數(shù)字化方式精確地制造出來,與定位標志保持一致。裝配生產(chǎn)線上所需要的制具或夾具的副本數(shù)量通常相當少,但在制造出模具的第一次迭代品后,后續(xù)版本就可以根據(jù)需要迅速制造出來。
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