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單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,快速制模,硬模,Rapid Tooling ,Hard Tooling,硬模通常指的是用間接方法制造金屬模具和用快速成形直接制作金屬模具。目前可以用金屬粉末選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（,SLS,）直接制造金屬零件或金屬模具。,用快速成形技術(shù)直接制硬模,間接方式制造硬模,所謂間接方式，是先利用快速成形技術(shù)加工出非金屬材料的原型，然后借助其他技術(shù)將這些非金屬原型翻制成金屬零件或金屬模具。,直接制造金屬模具,常見(jiàn)的幾種快速成形方法中，可以直接制作金屬模具的主要是選擇性激光燒結(jié)法（,SLS,）。,將金屬粉末用易消失性聚合物包覆，通過(guò)選擇性激光燒結(jié)得到金屬粘結(jié)實(shí)體，在一定溫度下使樹(shù)脂分解消失，然后使成形的金屬粉在高溫下燒結(jié)而得到金屬的燒結(jié)件，這種燒結(jié)件往往是低密度的多孔狀結(jié)構(gòu)，為此可以滲入第二相熔點(diǎn)較低的金屬后直接形成金屬模具。用這種方法制作的鋼銅合金注塑模，壽命可達(dá)萬(wàn)件以上。,另外，采用金屬箔作為,LOM,造型材料可以直接加工出實(shí)型鑄造用,EPS,氣化模，可批量生產(chǎn)金屬鑄件。若用金屬材料作為,FDM,的造型材料，也可以直接形成金屬模具。,金屬粉末的選擇性激光燒結(jié)制作模具的方法，按其使用金屬粉末的組成情況，有以下,3,種：,（,1,）直接法：,金屬粉末為單一的金屬粉末。一般來(lái)說(shuō)，燒結(jié)單一金屬粉末需要高功率的激光器，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。這樣燒結(jié)出的模具機(jī)械強(qiáng)度高，再經(jīng)熱均衡壓處理（,Hot Isostatic Pressing,，簡(jiǎn)稱(chēng),HIP,），可使模具的最后相對(duì)密度達(dá)到,99.9,，機(jī)械強(qiáng)度可顯著提高。,鑄鎂模具的鑲塊,直接金屬激光燒結(jié)一般采用青銅基的粉末材料?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出兩種粒度的粉末材料（即,DirectMetal50-V2,和,DirectMetal100-V3,）以適應(yīng)不同層厚的燒結(jié)工藝，其中，粒度非常細(xì)（最大,50m,）的粉末用于,0.05mm,的層厚，而粒度較大（最大,100m,）的粉末用于,0.1mm,的層厚。,激光燒結(jié)鋼粉末材料的一些特性,項(xiàng)目,激光燒結(jié)鋼粉末（,DirectSteel 50-V1,）,極限拉伸強(qiáng)度,500 N/mm,2,布氏硬度,150-200 HB,最小孔隙率,5 %,最高操作溫度,850 °C,線性熱膨脹系數(shù),14.5×10,-6 m,/,mK,(20-700 °C),（,2,）間接法,金屬粉末為兩種金屬粉末的混合體，一種熔點(diǎn)較低，而另一種熔點(diǎn)較高。按照一定的比例混合兩種金屬粉末，并將粉末預(yù)熱到某一溫度（低于低熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)），再用中功率激光器進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)，將低熔點(diǎn)金屬熔化，熔化的金屬將高熔點(diǎn)的金屬粉末粘結(jié)在一起。,模具強(qiáng)度較低，需經(jīng)過(guò)后處理，如進(jìn)行液相燒結(jié)（,Liquid Phase Sintering,，簡(jiǎn)稱(chēng),LPS,）以增加強(qiáng)度。,（,1,）金屬作為粘接劑的,SLS,間接法燒結(jié)制模,主要采用兩種不同熔點(diǎn)金屬粉末的混合體進(jìn)行,SLS,燒結(jié)來(lái)制作模具。英國(guó),Manchester,大學(xué)的學(xué)者對(duì),50,壓縮銅粉和,50,錫粉的混合物進(jìn)行,SLS,燒結(jié)，在燒結(jié)前先對(duì)粉末基底進(jìn)行壓縮，這樣燒結(jié)出的模具可以減少收縮，成形模具的密度是未進(jìn)行壓縮時(shí)的兩倍。,還可對(duì),Cu-Solder(70Pb-30Sn),、,Ni-Sn,，,Sn,和,Solder,等雙金屬粉末材料進(jìn)行燒結(jié)，但燒結(jié)出的金屬模具強(qiáng)度很低，性能比較差。,為了提高燒結(jié)件的性能，就必須提高低熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)。可用熔點(diǎn)接近或超過(guò),1000,的材料作為粘接劑，如,Bronze-Ni,、,Stainless Steel-Cu,、,Steel-Cu,、,Steel-Bronze,、,316L Stainless Steel,、,M2 High Speed Steel,等混合材料都可進(jìn)行成功的燒結(jié)。,復(fù)雜冷卻水道與模具型芯一次成型,改善冷卻效果，減少變形，提高模具壽命,注射效率可由每分鐘5次提高到6次 （提高20%）,具有隨形冷卻水道的注塑模具,CAD,模型,用,SLS,方法制造的具有,隨形冷卻水道的注塑模具,模架組裝,批量生產(chǎn)的,香盒注塑零件,具有隨形冷卻水道的注塑模具,CAD,模型,也有使用金屬基陶瓷粉末作為,SLS,燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料方面的研究。,由于金屬基陶瓷的熔點(diǎn)很高，可選用中、高溫熔點(diǎn)的金屬粉末材料作為粘接劑。金屬粉末材料（熔點(diǎn)都超過(guò),1000,）和金屬基陶瓷粉末混合均勻，燒結(jié)時(shí)需要使用,大功率,的激光能量，才能將中、高溫熔點(diǎn)的金屬粉末熔化，來(lái)粘結(jié)金屬基陶瓷使其成形。,目前已成功燒結(jié)了,WC-Co-Ni,、,TiB,2,-Ni,、,WC-Co,、,Al,2,O,3,-Al,、,WC-9Co,、,TiC/Cu-W,等材料。,（,2,）有機(jī)材料作為粘接劑的,SLS,間接法燒結(jié)制模,間接法使用的材料中，以高分子聚合物的有機(jī)材料為粘接劑的研究比較多，應(yīng)用前景很好。,結(jié)構(gòu)材料主要是不銹鋼、銅和鎳等金屬粉末，粘接劑聚合物采用熱塑性材料。,有兩類(lèi)熱塑性聚合物可以用做,SLS,燒結(jié)材料中的粘接劑，一類(lèi)是無(wú)定型材料，另一類(lèi)是結(jié)晶型材料。無(wú)定型材料分子鏈上分子的排列是無(wú)序的，如,PC,材料等；結(jié)晶型材料分子鏈上分子的排列是有序的，如尼龍（,nylon,）材料等。,（,2,）有機(jī)材料作為粘接劑的,SLS,間接法燒結(jié)制模,材料實(shí)際上是金屬粉末和有機(jī)樹(shù)脂粘接劑的混合體，按一定配比混合均勻，采用,小功率,激光器對(duì)混合粉末中的有機(jī)樹(shù)脂粘接劑熔化，這些熔化的有機(jī)樹(shù)脂粘接劑能將金屬粉末粘結(jié)在一起。由于小功率的激光器成本低，成形比較容易控制，因此，目前關(guān)于這類(lèi)材料的研究較多，技術(shù)也較成熟。燒結(jié)好的模具也需要進(jìn)行后續(xù)處理,高溫?zé)Y(jié)進(jìn)行降解。這樣既除去了有機(jī)樹(shù)脂粘接劑，也提高了零件的機(jī)械性能和力學(xué)性能。,材料,LaserForm A6,，是,2003,年最新研制的，它的金屬粉末顆粒最小直徑可達(dá)到,10-11mm,，比,RapidSteel 2.0,的粉末顆粒直徑還小，這有利于成形件的表面處理，同時(shí)也簡(jiǎn)化了粘接劑的降解和滲金屬的工藝，有利于保證成形模具的形狀、尺寸精度。,該材料主要用于制造注塑模，制成的模具生產(chǎn)了,1,萬(wàn)件塑料產(chǎn)品還沒(méi)有磨損。,采用,LaserForm A6,制作的注塑模具鑲塊,鼠標(biāo)模具,覆膜金屬粉末的制備,覆膜金屬粉末就是金屬粉末和有機(jī)樹(shù)脂（熱溶膠）按一定比例在高速混合機(jī)內(nèi)充分混合，然后用雙螺桿擠出機(jī)擠出，再經(jīng)粉碎、過(guò)篩后制得的粉末材料。,熱溶膠的稀釋,金屬粉末的清潔,混合、攪拌,干 燥,破 碎,分 篩,覆膜金屬粉末制備工藝流程圖,金屬粉末覆膜前后的,SEM,照片,（,a,） 覆膜前,(300×),（,b,） 覆膜后,(300×),激光燒結(jié),金屬粉末顆粒外層均勻地包覆一層有機(jī)樹(shù)脂，可以用小功率激光器來(lái)燒結(jié)覆膜金屬粉末。,當(dāng),SLS,燒結(jié)時(shí)，激光作用在粉末上的能量只是把金屬顆粒包覆層的有機(jī)樹(shù)脂熔化，而金屬顆粒并沒(méi)有發(fā)生任何變化，熔化的有機(jī)樹(shù)脂冷卻后把周邊的顆粒互相粘結(jié)在一起而形成燒結(jié)體。,金屬粉末,有機(jī)樹(shù)脂,覆膜金屬粉末示意圖,燒結(jié)原理圖,后處理燒結(jié)工藝,激光燒結(jié)成形的金屬模具強(qiáng)度不是很高，必須進(jìn)行后處理，才能成為結(jié)構(gòu)致密的實(shí)用模具。,后處理一般有三步：降解聚合物、高溫二次燒結(jié)和滲金屬，這三個(gè)階段可以在同一個(gè)加熱爐中進(jìn)行，也可把滲金屬放在不同爐子中進(jìn)行。,用,SLS,技術(shù)制造鑄造砂型,設(shè)計(jì)制造零件的模具,設(shè)計(jì)制造該模具的鑄型,用三維,CAD,軟件建立該鑄型的數(shù)字模型，生成,STL,格式文件,用,SLS,技術(shù)以覆膜砂為材料制造鑄型實(shí)體,將鑄型清除干凈，放入燒結(jié)爐中在一定溫度下使鑄型充分固化，即得到制造模具毛胚的鑄型,用,SLS,技術(shù)制作的鑄型和型芯,砂芯快速成形,