快速金屬硬模制造技術(shù)

　　金屬模具的間接快速制造法目前主要有鑄造、粉末燒結(jié)、電鑄、熔射等方法，國內(nèi)外對此已有許多研究及應(yīng)用事例。
　　
　　1、鑄造制模法
　　
　　鑄造法zui早實現(xiàn)了與RP技術(shù)的相結(jié)合，其中有代表性的是美國3DSystems公司的“QuickCasting”工藝，其特點是采用SLA原型代替蠟?zāi)６鴮崿F(xiàn)了精密鑄造，類似的方法還有采用FDM制造蠟?zāi)５取睦碚撋现v，鑄造法可以用來制造注塑模、沖壓模、鍛造模、壓鑄模等，但因鑄造法本身固有的缺陷，致使模具表面和尺寸精度不高，以至于難以制造表面和尺寸精度要求高的注塑和壓鑄模具。據(jù)報道，zui近出現(xiàn)了不用RP原型而直接切削制作注塑和壓鑄模具的技術(shù)。
　　
　　2、粉末燒結(jié)法
　　
　　3DSystems公司的“Keltool”工藝是粉末燒結(jié)法的代表。該方法在原型或硅膠模內(nèi)注入金屬粉末與結(jié)合劑的混合物，待其固化后脫模，經(jīng)燒結(jié)、浸滲樹脂或銅、錫等后而獲得模具。若需要提高模具的精度，可采取添加微細球狀粉末等措施。此方法的優(yōu)點與粉末冶金法相類似，即對使用的材料限制少。其不足之處是復(fù)制、燒結(jié)、浸滲等工序多，致使制模時間和成本增加。
　　
　　東京大學(xué)中川威雄研究室野口裕之開發(fā)的“PowderCasting”方法與前者的區(qū)別是，先將粉末注入硅膠模內(nèi)，然后再注入結(jié)合劑，經(jīng)加壓、燒結(jié)、滲銅等工序后得到不銹鋼模具。雖然該方法的精度高于前者，但工藝繁雜，不適于制造大尺寸模具。
　　
　　3、電鑄制模法
　　
　　電鑄制模法是一種將快速原型和傳統(tǒng)電鑄技術(shù)相結(jié)合的方法，目前已用于轎車儀表板的模具制造。以CEMCOM公司的鍍鎳＋陶瓷復(fù)合材料補強（NCC）工藝為例，其基本過程為：先對RP原型表面進行必要的表面精整或?qū)щ娞幚恚缓髮⒃妥鳛槟改＃帢O）置放在電鑄液（陽極）中，電鑄液中的金屬離子在得到還原后就會逐層沉積在原型上，從而形成電鑄殼體，然后再用陶瓷復(fù)合材料對殼體進行補強，之后將原型分離就得到了模具型腔。該工藝的主要優(yōu)點是復(fù)制精度高，可用于注塑、搪塑等塑料模具和壓鑄模等模具型腔的制造以及電火花成型電極的制造。但是，該方法同時也存在著制造周期長、成本較高，以及必須對污染廢液進行處理的缺點。
　　
　　4、熔射制模法
　　
　　為了解決電鑄法存在的問題，并克服原有熔射法制造的低熔點合金模具耐久性的不足，筆者在結(jié)合了熔射、復(fù)合材料、鑄造、物理分離等技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地開發(fā)出了一種由快速原型制造表面帶天然飾紋的不銹鋼或碳化鎢合金注塑模具或金屬薄板成形模具的方法。該技術(shù)的關(guān)鍵是開發(fā)了可熔射的高熔點合金，以及易于分離的陶瓷型熔射原型。這是因為，所需原型須由RP原型經(jīng)硅膠模兩次復(fù)制才能獲得，由于工序較多，使精度控制難度增大，可直接制作熔射原型，從而大大縮短了制模周期、降低了成本以及提高了制模精度，尤其適于大中型金屬模具的快速、低成本制造。工藝2允許模具表面使用各種不同硬度的合金，高的硬度可達HRc63，制成的模具尺寸精度可達到0.02%，平均粗糙度為0.2~0.4mm。目前，該技術(shù)已獲國家發(fā)明并申請了新的中國和發(fā)明。