金属模具快速制造技术发展研究
【摘要】快速成形技术在快速软模方面取得了很大的进步，目前正迅速向快速制造金属模具方向发展。本文介绍了金属模具快速制造技术概况，并分析了金属模具直接和间接快速制造技术的发展情况，从整体上上对其发展历程进行了相应了解。
【关键词】金属模具 制造技术 发展
1 金属模具快速制造技术概况
快速制造技术对于金属模具的目标就是低成本制造，这是因为金属材料综合性能比较优良，国际上发达国家快速制造技术的发展已经经历了快速制造原型、快速制造软模阶段，目前的发展方向是快速制造硬模，现在对于快速制造金属材料中的铁系金属硬模的研究以及成为全世界的热点。已经提出的金属模具快速制造技术分为直接快速成型和间接快速制造技术。直接制造技术是由快速硬模系统制造的，而间接制造技术是由实物模型来复制的。目前这两种方法比较车管所的是间接法，因为直接法在综合机械性能、表面质量、精度和尺寸范围等还存在某些问题。
2 金属模具直接快速制造技术
直接法受到高度关注是由于其在降低成本、提高精度、发挥材料性能、节能省资源、缩短制造周期等方面有很大的潜力。对快速制造金属模具(DRMT)技术的应用关键在于保证去综合性能质量、提高模具制造效率和表面精度，从而制造质量、高精度、耐久能满足工业化批量生产的金属模具。目前已经出现的金属模具直接快速制造技术有激光熔融堆积法（LENS）和选择性激光烧结法（SLS）。其中激光熔融堆积法是基于激光熔覆，选择性激光烧结法是以激光为热源，还有金属薄板LOM技术和三维打印技术(3DP)，这两个都是喷射成形的。还有以等离子电弧为热源的熔积法(PDM)。
2.1 SLS工艺
SLS工艺是有选择的用激光烧结基底商的薄层粉末，然后铺粉后再进行下一层烧结，如此反复的进行层间烧结和逐层烧结，最终去除未被烧结的部分，就会得到三维实体。目前SLS工艺较为成熟的有美国的聚合物包裹金属粉末、德国的混入低熔点金属等。美国的聚合物包裹金属粉末是利用加热后的粘结剂、激光烧结包覆有粘结剂的钢粉来粘结金属粉末，生成多孔制的成形体，脱湿干燥后再进行烧结、渗铜、打磨等工序，最终得到金属模具；而德国的混入低熔点金属工艺是让低熔点技术渗透到金属粉末中，这样可以增大粉末的间隙抵消烧结收缩，减小收缩率。由于SLS工艺所制成的成形体密度较低，还得经过烧结和浸透才能达到较高的满意度，这增加了时间和成本，故其不能成为完全的DRMT。
2.2 LENS工艺
LENS工艺是以激光熔融技术为基础而开发出来的，通过利用激光器在前一层金属或基底上形成移动熔池，将金属粉末转入喷枪喷入其中，从而时期熔化而实现冶金结合。计算机控制基底运动而不用激光器移动，直接生成零件。此工艺比SLS工艺下的零件性能高，但是仍又算不足，难以保证精度且缺乏支撑材料，适合制造简单性质的模具。
2.3 3DP工艺
3DP工艺是在粉末上喷射固化结合剂使粉末堆积成三维实体，再经过烧结和浸透工序得到最终模具。其表面粗糙度和精度都比较差。最近出现了复制层积成形树脂，等离子熔积法的特点是可以获得满密度金属、使用材料范围广等特点。
2.4 薄板激光切割LOM技术
薄板激光切割LOM技术制成的有注塑成形模、真空成形模和冲压模等。但是其对材料的利用率低且叠层间需要紧固处理、制作时间长等。另外，层削金属块结合法是将模具分成2维块进行结合，此种方法适用于加工性能高的铝材质和锌材质模具试制。
3 金属模具间接快速制造技术
目前金属模具间接快速制造技术主要有电铸、熔射、粉末烧结、铸造等方法。国外对于这些技术的应用有CEMCOM公司的镀镍加陶瓷复合工艺以及别的公司的粉末成形烧结加浸透快速复制工艺。我国清华大学、上海交通大学、西安交通大学和华中科技大学已经采用电铸、电极加工、铸造等方法制成了快速经济模具。传统方法在制造简单形状模具和大尺寸模具时具有优势。粉末烧结法语其他间接制模法相同的优点之一是原型表面容易精加工，其不足的地方就是烧结、浸透和复制等工艺较为复杂。而且如果用的WC粉末角度较多的话，在进行机械加工时会有困难；电铸制模法的不足是其制模周期长，这是一个需要解决的问题；熔射制模法是形成金属融合层后对其补强，然后取出原型后就会得到金属模具，但是有的只能熔射熔点较低的锌合金，有的却通过开发耐热被熔射原型，则其可以熔射熔点稍微高点的碳化钨合金和不锈钢等作为熔射材料。
金属模具间接快速制造技术中粉末烧结法和铸造法制模精度不高，而且其尺寸变化较大。电铸法的复制精度高，但是其可用材料少、制模时间长且需处理废液造成的污染。熔射法复制精度高、尺寸和材料的规格限制小。间接法与直接法相比在使用方面较有优势，但是其受制造环境温度和材料性质的影响，对精度的控制难度较大。故提高精度的关键技术开发工序少且尺寸稳定性好的制模材料。
4 小结
市场全球化的发展对产品的快速制造和开发提出更高的要求。我国在金属模具快速制造技术方面刚刚起步，在铸造法、熔射法和激光直接分层法方面都有相应的研究及，但是与国外还有一定的差距。为满足产品快速制造的市场需求，我们应加强对金属模具快速制造技术的研究。
【参考文献】
[1] 单忠德.金属模具的无模化铸型快速制造技术[J].金属加工(热加工),2010,3(1):16-18.
[2] 贾吉林,张昌明.基于RP的快速模具制造技术的应用研究[J].机械设计与制造,2009,9(1):93-95.
[3] 刘洪军,李亚敏,曹驰等.快速模具制造技术分析与发展趋势[J].模具工业,2010,36(3):15-17.
