RP技术快速模具制造

　　应用快速成形方法快速制作工具或模具的技术一般称为快速工/模具技术（Rapid Tooling，简称RT），目前它已成为快速成形技术的一个新的研究热点。由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造的瓶颈，因此应用快速成形技术制造快速经济模具成为该技术发展的主要推动力之一。直接用快速成形技术制造金属零件或模具更是RP领域研究人员的目标，目前也已取得一定的成果，但尚不能应用于实践，因此需要金属零件或要进行批量生产时，还需要利用快速成形技术与各种转换技术相结合，间接制造金属零件或模具。

　　快速成形工艺制作的零件原型，可以与熔模铸造、喷涂法、陶瓷模法、研磨法、电铸法等转换技术相结合来制造金属模具或金属零件。

　　常用的基于RP技术的快速模具制造技术有以下几种：

　　喷涂法： 采用喷枪将金属喷涂到RP原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。这一方法省略了传统加工工艺中的详细画图、数控加工和热处理三个耗时费钱的过程，因而成本只有传统方法的几分之一。生产周期也从3～6周减少到一周，模具寿命可达10000次。

　　Hauser Mann研磨法： 将环氧树脂碳化硅磨料的混合物浇附在RP原型上，产生一个工件的印模，此印模可作为压力振动法研磨工具，用以制造形状复杂的石墨电极（电火花加工用）。

　　尿烷铸造： 又称室温固化（RTV）型铸造，在航空航天、体育用品、玩具和装饰品等很多领域中应用广泛。可用RP原型制作RTV硅铜模，用于小批量生产多种塑料零件。

　　真空成形： 真空成形已广泛应用于塑料杯、食品包装、高档家具以及汽车内部装饰件等领域。由于成形过程的温度低于130ºF，多种RP原型可直接用做真空成形铸模，从而有效地缩短了生产时间并降低了成本。

　　基于RP原型的精密铸造模具： 如根据实物的RP原型（正型）可翻制成硅胶型腔（负型）再翻制成陶瓷型（正型）；利用陶瓷正型可精铸出一个金属（如锌铝合金、铍铜）型腔（负型）用以注塑成形。

　　熔模铸造： RP技术的最大优势在于它能迅速产生复杂的形状，而熔模铸造（失蜡铸造）的长处是利用模型制造复杂的零件，两者结合在一起，可快速制造出各种零件。这一方法已实用化，产生了巨大的经济效益。

　　近年来，在模具行业涌现出许多基于快速成形技术的模具制造新技术。这些新技术共同特点在于: 技术先进，成本低廉，设计制造周期短，精度适中。现已可做到对复杂的型腔曲面无需数控切削加工便可制造，从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。基于快速成形技术的模具可分为金属模具和非金属模具，金属模具又可分为直接或间接制造，下面即根据此分类举例加以说明。

　　(1) 间接制造金属模具 

　　采用SLA原型，应用不同的消失模铸造工艺都可获得金属模具，主要有EPC(Expendable Pattern Casting) 法和Quick Casting法。Quick Casting是美国3D SYSTEMS公司的技术，美国福特公司采用此技术已生产用于汽车制造的模具。目前存在的主要问题是烧掉原型时发气量大，模具变形较大。FDM制造的蜡型用于精密失蜡铸造可得到金属模具。3D-P工艺中以陶瓷粉末为原材料得到的原型去除其间的粉末而得到一个半成品(Green Parts)，然后对其进行烧结去除树脂并提高其强度从而得到最终的产品(陶瓷型)。

　　(2) 直接制造金属模具

　　3D-P最大潜在优势在于可直接制造金属模具。对由金属粉末烧结后所得的原型可渗入熔点较低的金属最终得到一个金属基的复合材料(金属型)。控制和补偿烧结时产生的收缩是本技术的关键问题。SLS的原理与3D-P类似，其后续工序与3D-P是相同的。奥斯汀-德克萨斯大学和DTM公司已制造出形状很复杂的金属模具。

　　LOM工艺也具有直接制造金属模具的潜力，用金属箔材作为造型材料则可直接获得金属型(模具)，用陶瓷材料则可获得陶瓷型。 

　　(3) 非金属模具

　　采用各种快速成形技术可直接将CAD模型(虚拟模型)转换为非金属的原型(物理模型), 在许多场合下可作模具使用。

　　美3D SYSTEMS公司开发出一种可直接用于发泡工艺的环氧树脂模具，称为 ACES (Accurate Clear Epoxy Solid)，其寿命可达1000件。正在开发以ACES为原型，喷涂Ni的注塑模具，其寿命据称将会是极高的。

　　杜邦(Dupont)公司开发出一种高温下工作的光固化树脂，用SLA工艺直接成形模具，用于注塑工艺其寿命可达22件，此技术（RP Direct Injection Molding Die）已转让给日本的Teijin Seiki公司。

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