快速模具技术现状及其应用的发展分析

　中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0119-02
　　在这个竞争激烈的时代，如何缩短产品开发时间已成为各厂商亟待研究与解决的问题。谁能在最短时间内以最少的经费推出新产品，谁就能在这个竞争激烈的年代抢得先手，保持市场的领先优势。而目前工业生产在其应用上，产品的开发流程通常可以分为三个阶段，即设计、试制以及正式量产。然而在正式量产之前，各厂商常需要投入大量的时间、人力、物力、财力去解决设计、试制的问题，在试制完成之后又需要结合设计与实际情况对产品进行改进。若能在设计、试制阶段节省开发时间及费用，则对于产品的时效性以及成本竞争性有极大的帮助，因此，快速原型技术是基于以上所述的因素发展起来的。
　　快速模具技术可以被视为快速原型技术的延伸，让快速原型技术原有的在开发阶段的优势直接延续应用到生产上，运用快速模具技术可以快速的量产产品，从而能够达到快速制造的目的。如果某些产品仅作为试探市场的产品，则可以在成本最小的情况下，进行小规模少量生产，借以了解消费者的需求情况。所以，快速原型技术在厂商生产过程中有重大的意义。
　　1 快速模具技术概况
　　快速模具技术的现状可以分为两方面来阐述，即直接制模法（直接快速模具）、间接制模法（间接快速模具）。
　　1.1 直接制模法
　　直接制模法是运用快速原型机直接制作出可以量产的模具的型芯，在此基础上再进行后续的加工与处理，如：型芯加工、模座安装、顶杆的制造等，获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度，这样就可以得到直接用于量产的模具。
　　目前，能够直接制造金属模具的快速原型工艺包括SLS、3D-Welding、SDM、3D-Welding等。直接制模法的技术涵盖了直接生产能够承受较高负荷的金属材料工件或量产用模具，有许多企业与机构以采用该方法进行产品的研发或科研，如：DTM公司、Extrude Hone公司、EOS公司、Stanford大学及Opomet公司等。
　　尽管直接制模法有其独特的优点，包括制造环节简单、能够充分的发挥快速原型技术等，对于那些需要复杂形状内流道冷却系统的模具与零件，采用直接制模法有着其他方法不能替代的优势。但是，它在模具精度与性能控制方面有较大的难度，此外模具的尺寸也受到了较大的限制。
　　1.2 间接制模法
　　间接制模法是运用快速原型机制作出一个想要得到的产品外型的原型件，在此基础上再经过翻制的过程得到模具。较之直接制模法，间接制模法通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合制造模具，由于这些成熟的翻制技术的多样性，可以根据不同的应用要求，使用不同复杂程度和成本的工艺。一方面可以较好的控制模具的精度、表面质量、机械性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性的要求。
　　间接制模法的技术涵盖了硅胶模具、精密铸造、金属树脂、金属喷涂模、3D System等。
　　2 快速模具技术现状
　　目前，在快速模具技术领域中最常使用的方法是以硅胶或金属树脂做为暂用模具的材料，其主要原因是硅胶具有良好的韧性与弹性，能够翻制出结构复杂、花纹精细、无脱模斜度以及一些具有深凹槽的零件，金属树脂材料则可以替代钢模或铝模进行少量多样的塑料注射成型。
　　对于快速模具和传统模具的不同，可以从三个方面来考量，即：时效、成本、成型件精度。
　　2.1 时效
　　对于时效性，模具从设计到制造完成，传统制造方法需要花费二至三个月时间。如果遇到较为复杂的模具，夹具的制作以及加工编程的复杂程度也会相应的增加，所需要花费的时间自然也增加。此外，对于一些无法使用刀具加工的部分需要制作电极采用CNC加工等。因此，传统模具在制造模具方面将花费很多时间。
　　相对来说，快速原型件可以在短短的数小时内就完成加工，经过确认无误后便可进行快速模具加工，并在精密脱蜡法制造过程中大概只需四天时间便能完成，从以上两点便可以得出在模具加工阶段便可节约不少时间。此外，在开模前若能采用一些模流分析软件，如：Moldex、Moldflow软件等，事先模拟注塑成型，除了可以节省试模时间外，更可以辅助设计人员正确的确定浇口的位置和数量，从而降低模具开发的失败率。
　　2.2 成本
　　对于成本，传统模具的制造在数控加工的过程中将会造成刀具损耗、产生废料，尤其是在CNC加工的过程中，会大量消耗电极。相对的，快速模具制造时没有电极消耗的问题，也不会有废料的产生。而用价格来说的话，透明硅胶约为3～4万元/t，金属硅胶为9～11万元/t，具有较好的经济性。
　　2.3 成型件精度
　　对于成型件精度，传统模具制造在数控加工的过程中，刀具的磨损、换刀以及多次装夹等都会影响到模具精度。快速模具制造过程中，如果能够妥善控制材料的收缩率，加工精度将能被有效的控制在一定的公差范围内。
　　3 快速模具技术的应用
　　以下将举例阐述国内外快速模具新技术的研究及应用，并对相应的应用及研究进行分析。
　　3.1 温度感测硅胶快速模具技术
　　该项研究提出了一种可以对产品从浇注到凝固这段时间内，观察其温度变化，对硅胶模具进行温度感测的方法。据研究结果显示，将其应用于硅胶模具的研发具备其可行性，该项技术可以延伸至智能型金属硅胶模具的制作。凭借热电偶可以获得产品在成型过程中的温度变化情况，而温度变化情况有助于提升3C产品用于注塑成型过程中的产品质量。

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