快速成形与快速制模— 过渡模

,单击此处编辑母版标题样式,Http:/ 华中理工大学快速成型中心 binghu,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,快速制模,过渡模,Rapid Tooling ,Bridge Tooling,快速成形与快速制模,所谓过渡模具（,Bridge Tooling,）是指介于试制用软模与正式生产模之间的一种模具，可直接进行注塑生产，其使用寿命目标为,100,1000,个零件，用生产最终零件期望的产品材料制成，具有经济快速的特点。,目前，制造,过渡模具,方式主要有：,铝填充环氧树脂模,和,SLA,成形的树脂壳,-,铝填充环氧树脂背衬模,。,铝填充环氧树脂模,铝填充环氧树脂（,Composite Aluminum-Filled Epoxy,，简称,CAF,）模是利用快速成形的母模，在室温下浇注铝基复合材料,填充铝粉的环氧树脂而构成的模具,有三种制作铝填充环氧树脂模具的工艺,一、正母模工艺,即母模形状与最终零件完全相同，但尺寸方面考虑了材料收缩等因素的工艺,它仅需一个工步就能得到铝填充环氧树脂模。,正母模型,环氧树脂,铝填充,负模具,二、负母模工艺,即母模形状与最终零件相反，尺寸方面考虑了材料收缩等因素及中间硅橡胶软模的工艺。,因为有中间硅橡胶软模，比较易于脱模，但增加了一次转换，会增大尺寸误差。,此外，负母模的设计与制作一般也比较困难,负母模型,制作正的硅橡胶软模,负模具,浇注铝基复合材料,三、正母模加两次中间硅橡胶软模的工艺,正母模可直接根据零件的实际形状进行三维实体设计与制作，不必将此实体模型转化为负母模文件。,但这种工艺需要两个中间硅橡胶模，工序较多，会增大尺寸误差。,正母模型,浇注负的硅橡胶软模,负模具,浇注铝基复合材料,浇注正的硅橡胶软模,若不具备真空条件，可以采用如下方法进行铝填充环氧树脂模具的制作：,在原型的表面涂上一层脱模剂，然后在原型上外覆一层树脂作为注塑模型腔镶块。,制作树脂型腔可以采取喷涂或刷涂的方法，如同制作玻璃钢制件一样。,硬壳的厚度大多在,1.5mm,至,2mm,之间，由于型腔在注塑过程中要承受一定的压力，所以型腔背后需填充环氧树脂和铝粉加以支承，再将填充后的型腔镶块安装在钢模之中进行注塑。,刷涂,填充,组装,注塑模,型腔硬壳,原型,镶块,正母模型,如果具备真空条件，建议采用如下步骤进行铝填充环氧树脂模具的制作：,（,1,）制作母模和分型板,（,2,）在母模表面喷涂很薄的一层脱模剂。,脱模剂,分型板,母模,（,3,）将母模与分型板放置在型框中。,（,4,）将薄壁铜质冷却管放置在型框中靠近母模的位置。,（,5,）配备必需数量的,CAF,模具用材料，即预先混合的精细研磨铝粉和双组份热固性环氧树脂。混合物必须在真空中进行脱泡。,（,6,）在真空状态下，将,CAF,模具用材料浇注到型框中，让其固化。,型框,CAF,模材料,铜管,母模,分型板,（,7,）将母模与完全固化的,CAF,模具倒置，拆除分型板，在母模反面与先前固化的,CAF,模具上喷涂脱模剂，并重复上述过程，浇注另外一半模,（,CAF,铝填充环氧树脂）,（,8,）待第二部分,CAF,模具完全固化后，将第一部分（型腔）与第二部分（型芯）分离，去除母模，检查型腔与型芯是否有明显的缺陷,（,9,）如果型腔与型芯良好，则用定位销使它们对准，在适当的位置钻出浇注孔，安装推料板和推料杆，连接冷却管，最后将整个模具装配件放置在标准模架中。,（,10,）注射热塑性塑料，得到最终产品。,型芯,型腔,注塑件,模架,型芯,型腔,母模,低压灌注,低压灌注模具及产品,用,SLA,技术直接制作注塑模具,90,年代中期，有些公司提出了 “,Direct AIM”,（,ACES Injection Molding,）的概念。,ACES,是,Accurate Clear Epoxy Solid,的缩写，它是由,3D System,公司开发的一种,SLA,快速成形工艺。,所谓,Direct AIM,方法，是在,300 ,下直接把热塑性材料注射入一种玻璃转化温度为,6585 ,的,SL,光敏树脂制成的,ACES,模腔中，得到塑料零件。,应用,SLA,技术直接制模案例一,Direct AIM,的注塑周期是比较关键的。,AIM,镶块不能出模太快。,Direct AIM 5,分钟的注塑周期可以在,8,小时的时间内生产出,100,个注塑零件。,实践证明，在注塑过程中,Direct AIM,镶块并不是首先被破坏，因此，一个更长的注塑循环周期可以让塑料冷却更好，同时降低了注塑件粘在,ACES,镶块上的可能性。,应用,SLA,技术直接制模案例一,一些典型的热塑性注塑材料的最佳注塑压力，温度和注塑周期,Direct AIM,型芯与型腔建议采用的注射参数,参 数,低密度,聚乙烯,（,LDPE,）,高密度,聚乙烯（,HDPE,）,聚苯,乙烯,(PS),聚丙烯,（,PP,）,ABS,注射压力（,MPa,）,11.2,16.1,16.8,13.3,22.4,注射温度（）,180,220,200,205,240,注塑周期,（,min,）,3.5,4.5,4.0,4.0,5.0,应用,SLA,技术直接制模案例一,在注射,/,脱模过程中，选择合适的脱模剂也很重要。,不使用脱模剂或者注塑循环周期过短，零件都会粘在,Direct AIM,镶块中，在出模时，零件有可能会被撕破，在镶块上剥下片状,ACES,，注塑得到的零件就会产生凸起的缺陷。,虽然已经开发了许多合成物可以用来帮助塑料从钢材或铝材中取出，但直接将塑料件从树脂材料上取出还比较困难。,由,John wax,公司生产的,Lemon Pledge,喷射抛光剂，可以经济有效地进行,Direct AIM,镶块的脱模。,应用,SLA,技术直接制模案例一,第三个关键是要有拔模斜度，即使对传统的钢模，通常也会增加,0.5,-1,的拔模斜度以保证零件适当出模。模具表面越光滑，所需拔模斜度越小。,如果没有拔模斜度的话，注塑零件粘在模具上的可能性非常大。,用一个机加工的钢模，结果也许只是得到一个废品零件，但对于,ACES,模具，结果将会是整个模具被损坏。,因此，使用,Direct AIM,镶块时拔模斜度必不可少。,26,应用,SLA,技术直接制模案例一,Direct AIM,工艺的主要优点在于型芯和型腔镶块是在,SLA,设备上制作而成，不需要传统,SL,零件清洗，去支撑，喷砂和打磨等后处理等辅助工序。然而，,Direct AIM,也有以下不足：,（,1,）固化后,SL,树脂的热导率比传统的工具钢低,300,倍。因此，模具从注塑塑料中吸热速率大大降低。因此，,Direct AIM,的推荐周期为,4-5,分钟，而传统的钢模只需要,5-15,秒。,SL,树脂的低热导率，是造成采用,Direct AIM,工艺时所需注塑循环周期较长的原因。,（,2,）在,SLA,快速成形机上制作大型的,ACES,镶块需要,30,到,40,个小时。尽管这些时间比起传统钢模制造的几个月来说短的多，但它需要,SLA,快速成形机制作,ACES,镶块的中间过程，因而延长了从,CAD,到第一件产品零件的时间。,应用,SLA,技术直接制模案例一,（,3,）,Direct AIM,镶块的物理强度不高，特别在注塑模中经受高温情况下更明显。因此模具通常在零件出模时发生损坏，特别是在注塑周期被缩短，拔模斜度不合适，嵌件没有适当打磨（阶梯效应增加了摩擦阻力），或者没有使用有效的脱模剂时。,（,4,）,Direct AIM,模具表面相对较软，因此抗磨损性能较差。对,30,到,100,件批量的纯热塑性塑料件问题不大，而对于批量在,200,到,1000,件或者注射玻璃纤维填充的热塑性塑料时，表面磨损可能是制约,Direct AIM,模具寿命的主要问题。,应用,SLA,技术直接制模案例二,用,SLA,快速成形机制作两个,ACES,型芯与型腔薄 “壳”。,壳的厚度需要适当，壳薄一点可以缩短,SLA,的制作时间并且增加热导率，但是如果壳太薄的话会导致后续处理时容易变形。最优的厚度取决于所用,SL,树脂的力学和热学性质，以及镶块的几何形状。,实践证明，,SL 5170,和,SL5180,两种树脂在壳厚,1.5-2mm,下工作良好。,应用,SLA,技术直接制模案例二,ACES,薄壳做好后在其背部填充铝粉双组分环氧树脂（,Aluminum-Filled Epoxy,，简称,AFE,）或低熔点金属。为了进一步改善,SL,合成模具的导热性能，把直径约为,1-6mm,的铝粒加到背衬填充材料中，添加量约占总重量的,60,。添加铝粒的另一个附加作用是在树脂烘焙时减少热量释放，因为热量释放过多会降低,ACES,薄壳的精度。,采用,ACES,型芯与型腔薄壳，背衬填充,AFE/AL,粒的模具组装,钢模,环氧树脂和铝粉,/,铝粒,ACES,薄壳,注塑零件,应用,SLA,技术直接制模案例二,这种复合材料制模的优点：,（,1,）更快的,SLA,制作时间（薄壳体相对实体而言）。,（,2,）更有效的热导率，约比,Direct AIM,大三倍。,（,3,）更好的抗压强度。,（,4,）更低的成本。,AFE/Al,粒的成本及混合和填充空腔的,劳动成本比起,SLA,快速成形机构造实心,ACES,镶块的,成本来说要少得多。,不足之处：,（,1,）这种方法不够直接，需要额外填充,AFE/Al,粒背衬。,（,2,）需要专门的技术来完成背衬填充操作，如果一次加,AFE,太多，那么放热过快也会降低镶块的精度。,应用,SLA,技术直接制模案例三,在光敏树脂材料中加入导热填料，直接制作注塑模,