基于快速成型技術的快速模具制造方法一般分為直接法和間接法兩大類。直接制模法是直接采用RP技術制作模具，在RP技術諸方法中能夠直接制作金屬模具的是選擇性激光燒結法。用這種方法制造的鋼銅合金注射模，壽命可達5萬件以上。但此法在燒結過程中材料發(fā)生較大收縮且不易控制，故難以快速得到高精度的模具。由于快速成型技術受所使用材料的限制，并不能夠完全替代最終的產(chǎn)品，在新產(chǎn)品功能檢驗、投放市場試運行以獲得用戶使用后的反饋信息，以及小批量生產(chǎn)等方面，仍需要由實際材料制造的產(chǎn)品，因此，基于快速成型技術的快速制造模具的方法多為間接制模法。即利用快速成型技術作母模來翻制模具并生產(chǎn)實際材料的產(chǎn)品。間接制模法是指利用RP原形間接地翻制模具。依據(jù)材質(zhì)不同，間接制模法生產(chǎn)出來的模具一般分為軟質(zhì)模具(soltTooling)和硬質(zhì)模具(}lard Tooling)兩大類。

　　軟質(zhì)模具因其所使用的軟質(zhì)材料(如硅橡膠、環(huán)氧樹脂等)有別于傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料而得名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新產(chǎn)品開發(fā)過程中作為產(chǎn)品功能檢測和投入市場試運行，以及國防、航空等領域單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)方面受到高度重視，尤其適合于批量小、品種多、改型快的現(xiàn)代制造模式。目前，軟質(zhì)模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、金屬噴涂法、樹脂澆注法等。

　　軟質(zhì)模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為50～5 000件，對于上萬件乃至幾十萬件的產(chǎn)品，仍然需要傳統(tǒng)的鋼質(zhì)模具。硬質(zhì)模具指的就是鋼質(zhì)模具，利用快速成形技術制作鋼質(zhì)模具的主要方法有熔模鑄造法、電火花加工法、陶瓷型精密鑄造法等。

　　利用快速成型技術制作模具具有周期短、成本低等優(yōu)點。

　　1.直接制造模具

　　利用快速成型技術可以直接制造金屬模具、木模、樹脂模及鑄造用模。

　　(1)利用sLS工藝制造金屬模

　　1)金屬粉末大功率激光燒結成型技術。利用高功率激光(1 000W以上)對金屬粉末進行掃描燒結，逐層疊加成型，成形件經(jīng)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。也可以利用這種方法制作了高溫合金零件;或利用大功率激光逐層燒結熔化金屬粉末，利用等離子逐層對實體進行輪廓整形，以得到表面精度較高的金屬零件或模具。

　　2)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，起黏結劑的作用。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(chǎn)。

　　3)金屬一樹脂粉末激光燒結成型法。

　?、俳饘贂簳r模制作。利用金屬一樹脂混合粉末，經(jīng)激光燒結成形制作中空金屬模具，然后灌注金屬樹脂，以強化內(nèi)部結構，使之可以承受注射成形的壓力、溫度條件要求，最后得到金屬暫時模。

　?、诮饘儆谰媚Ｖ谱?。在鋼粉表面包裹聚酯的快速原型燒結材料，其金屬粉末為不銹鋼，經(jīng)sLS工藝快速燒結成型后，直接成形的金屬模具往往是低密度的多孔狀結構，可將低熔點的金屬(青銅)滲入后直接形成金屬永久模。

　　(2)利用LOM工藝制造金屬模

　　利用LOM工藝，采用金屬箔作為成型材料，可以直接制造出鑄造用模具，批量生產(chǎn)金屬鑄件。

　　(3)利用LOM工藝制造木模

　　采用特殊的紙質(zhì)，利用LOM工藝可直接從模具的三維cAD模型制成紙質(zhì)模具，堅如硬木，并可耐200%的高溫，經(jīng)過表面打磨處理后可用作低熔點合金的模具或樣件試制用的注塑模，以及精密鑄造用的蠟模成形模，還可代替砂型鑄造用的木模。其特點是后續(xù)打磨處理耗時費力，導致模具制造周期增加，成本提高。

　　(4)利用sLA工藝制造樹脂模

　　利用SLA工藝制造的樹脂件強韌性較好，可作為小批量塑料零件的制造模具。這項技術已在實際生產(chǎn)中得到應用。采用特殊的高溫下工作的光固化樹脂，用sLA工藝直接成型模具，用于注塑成型工藝，其壽命可達22件。

　　(5)利用SLs工藝制造樹脂模

　　利用sLs工藝，使用要求的材料制造的樹脂模，可以作為吸塑模和型腔模使用，也可用于實際的注射成型。也可制造出中空模具，以金屬樹脂灌注之，以強化內(nèi)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(7.8MPa、176%)，從模具燒結成型至注射塑料產(chǎn)品只需花費5—6天的時間。

　　(6)直接制造鑄造用模

　　1)直接成型熔模鑄造用蠟?；驑渲！＠肍DM和sLs成型機，分別采用蠟絲或蠟粉，可以直接制造出合格的精鑄用蠟模;利用sLA、L,OM、FDM、sLs等工藝方法均可制造出消失性樹脂模，再用傳統(tǒng)的精鑄工藝，進行涂殼、脫蠟、焙燒等，得到鑄造型殼，用于精鑄件的生產(chǎn)。對于樹脂消失模，采用高溫燃燒法，迅速將樹脂分解脫去。 ’

　　采用快速成型技術，可以對收縮造成的尺寸誤差進行校正，如果鑄件成品的尺寸超差，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(chǎn)，如飛機發(fā)動機葉片、葉輪等特殊件。

　　2)直接成型砂型鑄造用木模。利用SLA、LOM、FDM、SLS等工藝方法成形的樹脂原型可以代替木模，不僅大大縮短了制模時間，而且快速成型的原形水平遠比木模要高，強度和尺寸穩(wěn)定性也優(yōu)于木模。特別是對于難以加工、需要多種組合的木模，用快速成型制造木模的優(yōu)點就更為突出。

　　2.間接制造模具

　　當零件批量較小(幾十到幾千件)，或者是用于產(chǎn)品的試生產(chǎn)時，則可以用非鋼鐵材料制造成本相對較低的簡易模具。此類模具一般先用快速成型技術制作零件原型，然后根據(jù)該原型翻制成硅橡膠模、金屬樹脂模和石膏模;或對快速成型技術制作的原型進行表面處理，用金屬噴鍍法或物理蒸發(fā)沉積法鍍上一層低熔點合金或鎳來制作模具。

　　(1)硅橡膠模具

　　隨著機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的需求越來越大，復雜模具制造的費用不但高，而且周期長，硅橡膠模具的產(chǎn)生完全解決了這一難題。硅橡膠模具制造工藝是一種比較普及的快速模具制造方法。由于硅橡膠模具具有良好的柔性和彈性，能夠制作結構復雜、花紋精細、無脫模斜度甚至具有倒脫模斜度，以及具有深凹槽類的零件，制作周期短，制件質(zhì)量高，因而在單件、小批量樣件快速制作中備受關注

　　1)硅橡膠模具材料及特點。

　　目前，模具硅橡膠材料已在國內(nèi)外許多行業(yè)獲得了廣泛應用，硅橡膠具有良好的仿真性、強度和極低的收縮率。硅橡膠模具能經(jīng)受重復使用和操作，能保持制件原型和批量生產(chǎn)產(chǎn)品的精密公差，并能直接制作出形狀復雜的零件，免去銑削和打磨加工等工序，而且脫模十分容易，大大縮短產(chǎn)品的試制周期，同時模具修改也很方便。此外，由于硅橡膠模具具有很好的彈性，對凸凹部分澆注成型后也可直接取出，這是它的獨特之處。硅橡膠的這些優(yōu)點使它成為制模材料的佼佼者，一部分已進入機械制造領域并與金屬模具相競爭。目前用硅橡膠制造的彈性模具已用于代替金屬模具生產(chǎn)蠟模、石膏模、陶瓷模、塑料件，乃至低熔點合金如鉛、鋅以及鋁合金零件，并在輕工、塑料、食品和仿古青銅器等行業(yè)的應用不斷擴大，對產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到不可估量的作用?？焖僭图夹g的產(chǎn)生，為硅橡膠模具廣泛應用于機械產(chǎn)品的高精度快速制作提供了強有力的支持。

　　制模用硅橡膠為雙組分液體硅橡膠，分為縮合型和加成型兩類。

　　縮合型模具硅橡膠的主要組分包括：端基和部分側基為羥基的聚硅氧烷(生膠)、填料、交聯(lián)劑和硫化促進劑?？s合型模具硅橡膠的抗剪強度較低，在模具制造過程中易被撕破，因此很難適用于那些花紋深、形狀復雜的模具。在用縮合型模具硅橡膠制造厚模具的過程中，由于縮合交聯(lián)過程中產(chǎn)生的乙醇等低分子物質(zhì)難于完全排出，致使模具在受熱時硅橡膠降解老化，從而顯著影響其使用壽命;同時，由于乙醇等低分子物質(zhì)的排出致使硅橡膠的體積收縮，從而造成模具的尺寸小于相應的原形尺寸。因此，縮合型模具硅橡膠大多用作塑 料與人造革生產(chǎn)中的高頻壓花模具或用于一些尺寸要求不精密的工藝品制造。加成型模具硅橡膠的主要組分包括：端基和部分側基為乙烯基的聚硅氧烷 (生膠)、含氫硅油(交聯(lián)劑)、鉑觸媒(催化劑)、白炭黑(填料)。一般采用 加成硫化體系，加成型模具硅橡膠在硫化時不產(chǎn)生低分子化合物，因而具有極 低的線收縮率，膠料可以深部固化，而且物理性能、力學性能和耐熱老化性能優(yōu)異，成為了模具膠中正在大力發(fā)展的品種。加成型模具硅橡膠適用于制造精密模具和鑄造模具，而且模具制造工藝簡單，不損傷原型，仿真性好。

　　2)硅橡膠模具制造工藝。

　　由于成型零件的形狀、尺寸不同，對硅橡膠模具的強度要求也不一樣，因 而制作方法也有所不同，主要有簡便澆注法和真空澆注法兩種。

　　利用快速成型技術制作硅橡膠模具的工藝流程如下。

　　①原型表面處理。利用快速成型技術制作的原型在其疊層斷面之間一般存在臺階紋或縫隙，需進行打磨和防滲與強化處理等，以提高原型的表面光滑程度和抗?jié)裥耘c抗熱性等。只有原型表面足夠光滑，才能保證制作的硅橡膠模型腔的光潔度，進而確保翻制的產(chǎn)品具有較高的表面質(zhì)量和便于從硅橡膠模中 取出。

　?、谥谱餍涂蚝凸潭ㄔ?。依據(jù)原型的幾何尺寸和硅橡膠模使用要求設計澆注型框的形狀和尺寸，型框的尺寸應適中。在固定原型之前，需確定分型面和 澆口的位置。分型面和澆口位置的確定是十分重要的，它直接影響著澆注產(chǎn)品能否順利脫模和產(chǎn)品澆注質(zhì)量的好壞。當分型面和澆道選定并處理完畢后，便將原型固定于型框中。

　?、酃柘鹉z計量、混合并真空脫泡。硅橡膠用量應根據(jù)所制作的型框尺寸和硅橡膠的密度準確計量。將計量好的硅橡膠添人適當比例的硬化劑，攪拌均勻后進行真空脫泡。脫泡時間應根據(jù)達到的真空度來掌握。

　?、芄柘鹉z澆注及固化。硅橡膠混合體真空脫泡后澆注到已固定好原型的型 框中。硅橡膠澆注后，為確保型腔充填完好，再次進行真空脫泡。脫泡的目的是抽出澆注過程中摻人硅膠中的氣體和封閉于原形空腔中的氣體，此次脫泡的時間應比澆注前的脫泡時間適當加長。脫泡 后，硅膠?？勺孕杏不蚣訙赜不?，加溫硬化可縮短硬化時問。

　?、莶鸪涂?、刀剖開模并取出原型。當硅膠模硬化后，即可將型框拆除并 去掉澆道棒等。參照原型分型面的標記進行刀剖開模。

　　(2)金屬噴涂模具

　　金屬噴涂模具就是利用電弧噴涂制模工藝制造模具，是將兩根帶電的制模專用金屬絲通過導管不斷地向前輸送，金屬絲在噴槍前端相交形成電弧，金屬絲經(jīng)電弧熔化，在壓縮空氣的作用下，將熔化的金屬霧化成金屬微粒，并以一定的速度噴射到樣模表面.一層一層地相互疊加堆積而形成高密度、高結合強度的金屬噴涂層，即模具型腔的殼體(或實體)。這層殼體的內(nèi)壁形狀與樣模表面完全吻合，從而形成了所需的模具型腔。噴涂形成的金屬殼體與其他基體材料填充加固，結合成一整體，再配以其他部件，即組成一副完整的模具。這種制模方法類似于電鑄制模，但又不完全相似。它制模工藝簡單，容易掌握，模具制作周期短，費用低，對比制作同一形狀尺寸的鋼模，制模周期和模具費用均可降低60%以上。電弧噴涂制模是一種典型的快速制模技術，具有制模工藝簡單、制作周期短、模具成本低等顯著特點，特別適用于小批量、多品種的生產(chǎn)使用。 ’

　　1)噴涂設備及材料。

　　①電弧噴涂設備。電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機構、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。電弧噴涂所用的全套設備。

　?、趪娡恐颇２牧稀Ｔ跐M足低熔點、低收縮率的情況下，應盡可能具有較好的力學性能和較致密的涂層組織。選擇電弧噴涂材料時，既要考慮所得到的涂層具有足夠高的硬度，良好的抗壓、抗彎等力學性能，可以在實際中應用;又要兼顧涂層材料的熔點不要太高，因為對于Fe、cu等高性能、高熔點的材料，噴涂過程中，由于熱收縮的作用，金屬涂層與模型界面之間存在很大的切應力，一方面使模型發(fā)生塑性變形，影響電弧噴涂模具的精度，另一方面削弱金屬涂層與模型表面的剪切強度，使金屬涂層剝落。因此，電弧噴涂中常采用Al、zn基絲材作為噴涂材料。Al、zn基絲材熔點比較低，噴涂時涂層溫度不高，因而不會燒損塑料基體，另外，Al、zn基金屬涂層韌性較好，噴涂過程中，由于熱收縮產(chǎn)生的內(nèi)應力，通過蠕變及產(chǎn)生微裂紋釋放，以及模型表面回復收縮抵消，收縮應力大部分得以消除，特別是zn涂層，內(nèi)應力基本消除。同時，模型的收縮會使涂層微裂紋閉合，從而涂層不易變形、開裂，能夠保證模具的尺寸精度，而且Al、Zn基絲材噴涂工藝性好，噴涂成的涂層組織細密，孔隙率低，涂層表面粗糙度低。

　　2)噴涂快速制模工藝。

　　金屬噴涂模具的基本結構可分為三部分，即金屬噴涂層、背襯層和鋼結構部分，如圖9一12所示。金屬噴涂層的厚度一般為2—3mm，雖然具有一定的強度、硬度、表面粗糙度和良好的導熱性能，并能非常精確地復制原型的形狀，但由于其厚度較薄，無法單獨承受成形壓力，因此不能直接作為模具，還必須進行背襯補強。背襯層由背襯材料直接充填而成，厚度較大，黏附在噴涂層下方，主要起支撐和增加強度的作用。鋼結構主要包括模架、?？颉㈣偳都蠕撡|(zhì)構件。

　　金屬噴涂制模的工序如下。

　?、倌Ｐ蜏蕚?。模型可由許多材料制成，包括木材、塑料、石膏、橡膠等。模型準備中最重要的是涂抹脫模劑。脫模劑在制模中的作用有兩個方面作用：一方面，它對噴涂到基體上的金屬顆粒有黏結作用，否則金屬顆粒將不能牢固地吸附在模具表面而易脫落;另一方面，防止金屬涂層對模型的過熱燒損、變形、黏附，起到隔熱、脫模的作用。將脫模劑均勻地涂在模型表面，并使其干燥成膜。

　?、谠谀Ｐ蜕蠂娡拷饘?。待脫模劑干燥以后，采用最佳的噴涂參數(shù)在模型上噴涂金屬疊層，噴涂時應保證使噴槍連續(xù)運動，防止涂層過熱變形，涂層厚度一般可控制在2～3mm。

　?、壑谱髂＞呖蚣埽喝绻＞咴诠ぷ髦幸艿絻?nèi)壓力或模具必須安裝在成型機上工作，模具必須有骨架結構且制成的骨架應帶有填料。模具框架制作應注意兩個問題：第一，使模具框架材料與涂層材料，以及填料的熱膨脹性能相匹配;第二，框架的外形尺寸及注射口的選擇要根據(jù)具體的注塑機型號而定。

　　④澆注模具的填充材料?由于在塑料制品生產(chǎn)中，要求模具有良好的導熱、散熱能力，因此在選擇澆注填充材料時，應使填充材料具有較高的熱導率和較低的凝固收縮率，同時因為模具是在一定的溫度和壓力下工作，所以要求填充材料應具有較高的抗壓強度和耐磨性能。一般選擇的填充材料為環(huán)氧樹脂與鋁粉、鋁顆粒等金屬粉末的混合物。環(huán)氧樹脂使?jié)沧⒉牧吓c噴涂殼體、模具框架有很高的結合強度，鋁粉可以提高模具的導熱性能。有時為提高模具的抗磨損性能還可在填料中加入鐵粉。另外在澆注填充材料時可安放冷卻管，以加強模具的散熱性能。

　?、菝撃！⒓庸ぬ幚恚喝绻谀Ｐ蜏蕚潆A段做得比較合適，脫模不會很困難。脫模后要把殘余在金屬涂層表面的脫模劑清洗干凈。然后再根據(jù)不同的需要，可以對模具進行拋光等后期制作。

　　如圖9—13所示為電化學加工基本原理。在NaCl導電溶液中，分別插一鐵片、一銅片，兩者將出現(xiàn)電位差，形成所謂原電池。如果用導線把兩金屬片連接起來，就會有電流從導線中通過，并出現(xiàn)了鐵的加速溶解。此時，導線和溶液中均有電流通過，這是由于兩種金屬材料的電位不同，導致自由電子在電場作用下按一定方向移動，并在金屬片和溶液的界面上產(chǎn)生交換電子的反應，即所謂電化學反應。如果再按原電流方向加上一個直流電源，電流加大，鐵的溶解也加快。

　　電解質(zhì)溶液是靠溶液中正、負離子定向移動而導電的。正離子將移向陰極，并在陰極上得到電子進行還原反應，沉積在陰極上形成金屬層，利用此陰極沉積法原理所開發(fā)的模具制造技術即所謂電鍍、電鑄成形、電刷鍍等;而負離子將移向陽極并在陽極表面失掉電子進行氧化反應，不斷地將其表面金屬一層一層蝕除掉，利用此陽極溶解法原理所開發(fā)的模具制造技術即所謂電解加工、電化學拋光、電解磨削等。生產(chǎn)實踐中，也可以將電化學加工與其他加工方法相結合形成復合加工法而進行成形加工，如電解磨削、電解放電加工、電化學陽極機械加工等。