２０１０年第ｌ期
九江学院学报（自然科学版）
（总第８８期）
Ｎｏ＿１，２０１０
ＪｏｕｍＭｏｆｊｉｕｊｉａｎｇＵｍｖｅｒｓｉｔｙ（ｎａｔｕｒＭｓｃｉｅｎｃｅｓ）
（ＳｕｍＮＯ８８）
快速成型技术及其在模具制造中的应用
冰
张汪年邓
宁鞠银燕
（九江学院机械与材料工程学院江西九江３３２００５）
摘要：介绍了快速成型技术（ＲＰ）成型原理、工艺及其在模具制造中的应用。ｆｕＰ技术是建立在计算机技术、数控技术、激光技术以及新材料技术发展起来的一种具有广阔前
景的技术，其在新产品开发中具有重要应用，对模具制造业的发展也具有重要应用前景。
关键词：快速成型；ＲＰ技术；数控技术；激光技术；模具制造
中图分类号：ＴＱ３２０．５２文献标识码：Ａ文章编号：１００６－３８３８（２０１０）０１一０００９一（０３）
快速成型（ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，简称ＲＰ）技术
２快速成型工艺
是２０世纪８０年代迅速发展起来的一种先进制造
２．１光固化成型工艺光固化成型工艺装置如图２技术…。该技术和传统加工方式不同。其综合运所示，以光敏材料为原料，通过计算机控制紫外用计算机技术、数控技术、激光技术以及新材料线激光使其逐层凝固成型。加工之前，树脂槽内
技术，在没有传统模具的情况下可以制造出任意装满液态光敏树脂，利用计算机控制下的紫外激
复杂形状和结构三维零件。该技术的应用可以明光，按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫显缩短新产品的开发时间，降低新产品的开发成描，使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应，
本。
从而形成零件的一个薄层截面；当一层固化完毕，ｌ快速成型技术原理
移动升降台，在原先固化的树脂表面上再敷上一传统加工方法是采用除去法来加工零件，在
层新的液态树脂，刮刀刮去多余的树脂；激光束
加工过程中，零件的质量和体积呈减少状态。快对新一层树脂进行扫描固化，使新固化的一层牢速成型技术和传统的加工方法不同，它区别于传
固地粘合在前一层上；重复以上工艺，至整个零
统除去法，称之为叠加法。先将计算机上设计零
件原型制造完毕。最后升降台升出液体树脂表面，件的三维模型表面三角化处理，并对起进行分层
即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。
处理，得到二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自
动生成加工路径，在控制系统的控制下，选择性地固化或烧结或切割一层层的成型材料，形成各
个截面轮廓薄片，并按照顺序叠加成三维实体，
再经过后处理得到原型。快速成型过程如图１所示。
快速成型一般可分为三个过程：前处理、中
处理和后处理阶段。前处理主要是ＣＡＤ模型的建立以及切片离酸化，中处理阶段主要是层片和层
片的叠加过程，后处理是对加工好的零件进行精
修整。
｝基金项目：九江学院校级教改课题《模具制造工艺学）课程建设与改革课题（编号：ＸＪＹ０９—３０）。富一
图１快速成型过程
收稿日期：２００９—０６—２４
作者简介：张汪年（１９７６一），硕士研究生，九江学院机械与材料工程学院教师。
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九江学院学报（自然科学版）
２０１０年第１期
脂槽
图２光固化成型工艺装置
叠层实体制造工艺有称
激光器
计算机
供纸卷
图３叠层实体制造工艺装置
熔融沉积工艺有称为丝状材
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环，最终形成三维产品。
２．４粉末材料选择性激光烧结法该方法选用的
原材料为粉末材料，在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，温度保持在粉末的熔点以下。成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，激光束在计算机控制下，
按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末熔化并相互黏结，继而形成一层固体轮廓。未经烧结的粉末仍留在原处，作为下一层粉末的
支撑。第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。最后经过５一１０小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。该方法可以生产金属零件，原理装置见图４。
图４粉末选择性激光烧结原理
３快速成型技术在模具制造业的应用
基于ＲＰ技术制造模具一般可分为直接法和间
接法。直接制模法是直接采用ＲＰ技术制造模具，在ＲＰ技术里能直接制造金属模具的选择性激光烧结法。目前，基于ＲＰ技术快速制造模具的方法多
为间接法。间接法是利用ＲＰ原型间接地翻制模
具。具体的方法有硅橡胶快速制造模具、电弧喷涂快速制造模具、环氧树脂快速制造模具等。以下介绍环氧树脂模具快速制造具体工艺，环氧树脂快速制模借用金属浇注的方法，将已经准备好的浇注原料注入一定的型腔中使其固化（完成聚
合或缩聚反应），从而制得模具口１。
首先制作母模与分型板，母模可以用ＲＰ或ＣＮＣ制作。分型板的制作要保证与模型及分型面
２．２叠层实体制造工艺薄形材料选择性切割，装置原理图见图３。该方法使用薄形材料如纸、塑料薄膜等原材料，成本低
廉，制件精度高。加工时，送料机构把单面涂有
热溶胶的纸片一段段的送至工作台的上方，热压
滚筒将料压平并粘在底层上；激光束按计算机数据系统给出的信息指令，切出工件的截面形状，
并把周围多余材料切碎。最后工作台下降一个层
厚的高度，送料机构再铺新一层纸片。如此反复逐层粘切，最终得到由许多小废料块包围的三维
原型零件。最后取出，将多余的废料小块剔除，经过后处理后最终获得三维零件。
２．３熔融沉积工艺料选择性熔覆法，丝状热塑性材料由供丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态。熔融态的丝状材料被挤压出来，按照计算机给出的截面轮廓信
息，随加热喷头的运动，选择性地涂覆在工作台的制件基座上，并快速冷却固化。一层完成后喷
头上升一个层高，再进行下一层的涂覆，如此循
张汪年，等：快速成型技术及其在模具制造中的应用
相吻合，材料可以选用一些容易雕刻的材料，如木材等。为了顺利脱模，要在母模和分模表面涂覆一层薄层脱模剂（如图５），制作好型框，将母模表面与分型板放置在型框中，开始浇注树脂，如图６所示。待树脂混合物固化后，将模具小心
翻转过来并移走分型板，搭建另一半模具，如图
７。待树脂完全固化后，移走型框，得到如图８所示的凸、凹模。
图７倒置图
图５分型板以及ＲＰ制得母模
圈８制得凸、凹模具
４结论
ＲＰ技术是近几年发展起来的一门新的技术，由于其具有快速性、自由性等特点得到广泛的应
用，特别是在模具制造方面的应用，克服了传统机械切削法周期长、成本高、灵活性差等缺点，
对模具制造业的发展开辟新的生产方法。但由于
其精度低等缺点在目前还不能广泛使用，其许多
缺点还有待改进，随着新材料及计算机技术的发展，ｌｉｐ技术也会在技术上有新的突破，在以后模
图６浇注树脂
具制造也得到更为广泛的应用”Ｊ。
参考文献：
［１］刘光富，李爱平．快速成形与快速制模技术［Ｍ］．上海：同济大学出版社，２００４．２．［２］王广春，赵国群．快速成型与快速模具制造技术及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
２００８．３４．
［３］陈贤杰．先进制造技术论文集［Ｃ］．北京：机械工业出版社，１９９６．８７．
（责任编辑詹建志）
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