在汽車、家電制造業(yè)中，模具成形零件占到了制造工時的50％～70％。模具制造是制約我國汽車、家電、輕工等行業(yè)發(fā)展的瓶頸和關(guān)鍵，隨著快速成型軟硬件設(shè)備與快速成型材料的不斷發(fā)展和完善，快速原型件的強(qiáng)度和精度得到不斷的提高，快速成型技術(shù)已經(jīng)逐漸地深入到快速模具制造領(lǐng)域，基于快速成型方法制造各類簡易經(jīng)濟(jì)快速模具已成為RP&M應(yīng)用的熱點問題?！?
一、模具快速制造
雖然快速成形技術(shù)問世時間不長,但由于它對制造業(yè)帶來的巨大效益使得這一技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，特別是給模具的設(shè)計與制造帶來了一次飛躍。快速原型技術(shù)可精確制作模具的型心和型腔，也可直接用于注射過程制作塑料樣件，以便發(fā)現(xiàn)和糾正出現(xiàn)的錯誤。由于快速原型制造這一新技術(shù)的應(yīng)用,使模具的設(shè)計與制造逐步趨向于數(shù)字化、快速化，使模具制造在縮短周期，降低成本的進(jìn)程中，大大前進(jìn)了一步。
快速制模技術(shù)大都是依據(jù)快速成型制作的實體模型即樣模(母模)采用拷貝方式(如金屬噴涂、電鍍、復(fù)合材料澆注、精鑄等)來快速制造模具主要工作零件(凸、凹?；蚰Ｇ?、模芯)的，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5～1/10，而成本卻僅為其1/3～1/5。
根據(jù)模具材料、生產(chǎn)成本、RP原型的材料、生產(chǎn)批量、模具的精度要求已開發(fā)出多種多樣的工藝方法。目前的快速制模方法大致有間接制模法和直接制模法，基于RP快速制造模具的方法多為間接制模法。依據(jù)材質(zhì)不同，間接制模法生產(chǎn)出來的模具有軟模、橋模和硬模。軟模(softtooling)通常指的是硅橡膠模具。用SLA、FDM、LOM或SLS等技術(shù)制作的原型，再翻成硅橡膠模具后，向模中灌注雙組份的聚氨酯，固化后即得到所需的零件。橋模(bridgetooling)通常指的是可直接進(jìn)行注塑生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂模具。采用環(huán)氧樹脂模具與傳統(tǒng)注塑模具相比，成本只有傳統(tǒng)方法的幾分之一，生產(chǎn)周期也大大減少。模具壽命不及鋼模，但比硅膠模高，可達(dá)1000～5000件，可滿足中小批量生產(chǎn)的需要。硬模(hardtooling)通常指的就是鋼質(zhì)模具，即用間接方式制造金屬模具和用快速成形直接加工金屬模具?！ ?
快速制模技術(shù)制模周期短、工藝簡單、易于推廣、制模成本低、精度和壽命能滿足某種特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好，是一種快捷、方便、實用的模具制造技術(shù)，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產(chǎn)。
企業(yè)間的競爭日益加劇，產(chǎn)品開發(fā)周期要求越來越短，為快速制模技術(shù)提供了發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展空間。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，快速制模技術(shù)越來越受到產(chǎn)品開發(fā)商和模具界廣泛重視，對其研究正方興未艾，新的技術(shù)成果不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的發(fā)展趨勢，有著強(qiáng)大的生命力?！?
二、注塑模快速制造技術(shù)—金屬噴涂制模法
1、金屬噴涂制模法簡介
金屬噴涂制模法是將快速原型與熱噴涂、快速凝固等方法相結(jié)合的間接制模法，其工藝是將熔融或半熔融的金屬顆粒噴射到通過SLA、SLS或LOM方法制造的原型上，生成金屬薄層，然后補(bǔ)強(qiáng)背襯并除去原型后得到模具產(chǎn)品。目前有兩種形式，即霧化噴射法（快速凝固工藝RSP）、噴涂法。當(dāng)模具要求的壽命在3000件以下時，一般采用以RP原型作母模，將低熔點的熔化金屬（如鋅鋁合金）充分霧化后以一定的速度噴射到母模的表面，形成模具型腔表面，充填背襯復(fù)合材料，制作鋅鋁合金軟模具。
金屬噴涂制模法以樣模為標(biāo)準(zhǔn)，模具型腔尺寸、幾何精度完全取決于樣模，型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時形成，故制模速度快，制造周期短，模具壽命長，成本低，僅為數(shù)控法加工鋼模的1/3-1/5。模具表面光潔度好，工藝簡單，設(shè)備要求低，比較適合于注射成型模、壓鑄模、板料壓延模的快速制造。
2、金屬噴涂制模法工序
金屬噴涂制模的工序大致可分為五個步驟：
（1）模型準(zhǔn)備
模型可由許多材料制成，包括塑料、石膏、橡膠、木材等。首先建立三維模型，然后對其進(jìn)行分層切片，并由快速成型機(jī)制作出樣模。模型準(zhǔn)備中最重要的是清理模型表面和涂抹脫模劑?！?
?。?）金屬噴涂模型
脫模劑干燥后，選擇最佳的噴涂參數(shù)，即可開始在模具上噴涂金屬，噴涂時應(yīng)保證使噴槍連續(xù)運(yùn)動，防止涂層過熱變形，涂層厚度一般可控制在2～3mm?！?
（3）制作模具框架
如果模具在工作中要受到內(nèi)壓力或模具必須安裝在成型機(jī)上工作，模具必須有骨架結(jié)構(gòu)且制成的骨架應(yīng)帶有填料?！?
?。?）澆注模具的填充材料
應(yīng)使填充材料具有較高的熱導(dǎo)率和較低的凝固收縮率以及較高的抗壓強(qiáng)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?！?
?。?）脫模及模具型腔表面拋光處理
脫模后要把殘留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，對模具進(jìn)行拋光等后期制作。
?。?）組裝試模
3、噴涂設(shè)備與噴涂材料
金屬電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。XDP-5型電弧噴涂設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，使用維護(hù)方便，能勝任繁重的噴涂工作，其基本參數(shù)為：
電源電壓：380V
額定輸入容量：12KVA
額定電流：300A
壓縮空氣使用壓力：0.6Mpa
壓縮空氣消耗量：1.6～2m3/min
送絲速度：0～4.8m/min
用于電弧噴涂制模的材料，在滿足低熔點、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的涂層組織。目前市場提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種。但高熔點金屬，如鋼、鎳、銅等在噴涂時涂層收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，涂層易開裂、翹曲、剝落，所以目前只有低熔點的鋅、鋁絲材適合用于模具制造?！?
三、金屬噴涂快速制造注塑模技術(shù)的應(yīng)用范例與發(fā)展
金屬噴涂方法制造的模具特別適于生產(chǎn)反應(yīng)注塑成型工藝中的聚氨酯零部件的生產(chǎn)，廣泛用于塑料加工中的反應(yīng)注塑成型、吹塑成型、結(jié)構(gòu)發(fā)泡以及其它一些注塑成型等工藝中，如汽車制造中可以用來生產(chǎn)駕駛盤、汽車儀表盤、座墊、頭部靠墊、阻流板、汽車內(nèi)飾頂蓬等，在輕工業(yè)中則可以用來制造聚氨酯鞋底等，金屬噴涂快速模具較硅橡膠快速模具的壽命要長，可以應(yīng)用在注塑機(jī)上進(jìn)行小批量的制品生產(chǎn)。在應(yīng)用注塑工藝時應(yīng)考慮到低熔點合金金屬噴涂型腔的性能以及模具的壽命極限。為防止模具過早損壞，注射壓力不宜過高，但也必須保證制品能夠成形的最小注射壓力，否則會產(chǎn)生注不滿的現(xiàn)象?！ ?
金屬噴涂注塑模具的成功應(yīng)用范例：
1.花盆底座注塑模具
如果用傳統(tǒng)的電火花加工的方法，其成本約在4000～5000元之間，制作時間約在一個月左右，而用電弧噴涂快速制模方法來制作，其費用約為1100元左右，工時為60h左右。這也正是電弧噴涂快速模具制造得到廣泛重視的原因之一。
花盆底座注塑模具制作加工工序：機(jī)加工噴涂用底板→凹模型腔殼體噴涂前準(zhǔn)備→噴涂凹模金屬殼體→環(huán)氧樹脂和鋁粉配置與填充→環(huán)氧樹脂固化→噴涂母模表面清理→噴涂凸模金屬殼體→環(huán)氧樹脂和鋁粉配置與填充→環(huán)氧樹脂固化→凸、凹模分離與模具表面清理→機(jī)加工模具零件→組裝試模?！ ?
2.滴灌用滴頭快速模具
國家節(jié)水灌溉中心的滴灌用滴頭快速模具是通過制作滴頭RP模型，采用金屬噴涂制模法制造鋅鋁合金軟模具，注射成型1000件滴頭產(chǎn)品，用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉試驗。國家節(jié)水灌溉中心以RP&M原型作母模來翻制滴灌用滴頭模具，發(fā)揮了快速成型制造技術(shù)的優(yōu)越性，快速地實現(xiàn)了新產(chǎn)品的試制，含RP原型，制作生產(chǎn)周期為僅為2周?！ ?
3、愛達(dá)荷注塑模具
美國愛達(dá)荷國家工程與環(huán)境試驗中心采用快速凝固工藝即RSP技術(shù)實現(xiàn)了注塑模具的快速經(jīng)濟(jì)制造。該方法采用快速原型技術(shù)制作的樣件作為母體樣板，通過噴涂到母體樣板的金屬或合金熔滴的沉積制造模具?！ ?
工藝過程為：熔融的工具鋼或其它合金被壓入噴嘴，與高速流動的隋性氣體相遇而形成直徑約0.05mm的霧狀熔滴，噴向并沉積到母體樣板上，復(fù)制出母樣的表面結(jié)構(gòu)形狀，借助脫模劑使沉積形成的鋼制模具與母樣分離，即可快速制出所需模具?！ ?
最近，西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所成功采用“電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術(shù)”進(jìn)行轎車新車型開發(fā)中大型沖壓模具快速制造，該技術(shù)集成了快速原型、電弧噴涂和電刷鍍等技術(shù)，采用電弧噴涂工藝在模具母模表面快速沉積一層致密的低熔點金屬薄殼，從而制作出模具的型腔；在填充適當(dāng)?shù)谋骋r材料并脫模后，利用電刷鍍技術(shù)在模具工作表面刷鍍強(qiáng)化涂層，進(jìn)而完成模具的快速制造?！ ?
利用該技術(shù)與設(shè)備，結(jié)合快速原型制造技術(shù)和高速數(shù)控加工技術(shù)，可以低成本高效率地進(jìn)行大型、精密、復(fù)雜以及長壽命模具的快速制造?！?
采用電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術(shù)制造覆蓋件模具，成本只有傳統(tǒng)機(jī)械加工鋼模具的1/10，制造周期為后者的1/4～1/5，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，非常適合于新車型開發(fā)中的樣車試制和小批量生產(chǎn)。該技術(shù)也可以用于注塑模具快速制造。
