随着工业技术的快速发展和人们对个性化商品需求的日益提高,多品种小批量产品的时代已经来临,各企业对模具开发的要求已经越来越高,不仅要求开发周期短,而且要求价格便宜等,以便能够保证新产品快速占领市场。发达国家经历快速软膜试制阶段后,现如今正向硬模即快速金属模具技术发展,这种技术目前已经成为在国际应用开发的热点。
在国外,美国的3D systens公司在SLA粉末烧结成型基础上,开发出Keltool制模工艺。CEMCOM公司开发出NCC(Nickel—Ceramic Composite)制模工艺即首先在原型件上镀上一层镍,然后在镀壳上用化学粘接陶瓷进行背衬补强,与原型件分离后得到最终模具。Idaho National Engineering and Environmental Lab公司开发出了快速凝固工艺,利用惰性气体把已经熔化的金属材料进行雾化,喷射在原型件上,使原型件表面生成一层金属,通过背衬材料进行补强后得到模具,但是制得的模具表面质量和机械性能不好,需要后处理加工。Badger Pattern公司通过熔射低熔点锌合金,并用复合材料进行背衬制得模具、日本东京大学开发出RHST制模工艺是以不锈钢或者碳化钨合金等高熔点金属材料为熔射材料进行喷射,使用金属材料再对熔射层进行背衬补强,改善了模具耐久性。日产汽车研发的熔射制模也采用了不锈钢为熔射材料,通过背衬复合材料补强得到模具,可以成型数万至二十多万件的汽车塑料件。Lohner A.等通过SLS成型工艺,将Ni—Cu金属粉末直接制造出模具,该模具强度到达了100~200MPa,模具致密性理论值为80%,精度为0.1mm,可以注塑制作出上百件产品。德国的EOS公司采用SLS成型工艺,在金属粉末材料中混入低熔点金属,在烧结中,通过将低熔点金属向金属粉末中渗透,增加粉末间隙,以便降低收缩率。美国的DTM公司采用SLS成型工艺,金属粉末材料为聚合物包覆金属粉末,打印出的金属模具的孔隙率约为45%,再进行渗铜等后处理工序,得到金属模具材料成分钢为65%、铜为35%,然后经抛光打磨得到最终的模具。Sandia National Lab公司在激光熔融基础上,开发LMF(Laser Metal Forming)直接制模工艺,这种工艺制作出的模具致密度可达90%,强度接近铸造件,但是残余应力大、精度不高,只能制作简单的塑件模具。
在国内,清华大学、华中科技大学在快速模具方面取得了大量的科研成果,殷华公司、烟台机械工艺研究所及泰利汽车模具公司合作开发了在原型件上通过电弧喷射锌合金,再经过补强背衬得到快速经济模具。上海交通大学研发了用精密铸造方法翻制出汽车内饰等金属模具。西安交通大学用SLA制作树脂原型件,石墨电极、电火花加工出钢模。华中科技大学研发出HMST(Hard Metal Spray Tooling)制模方法,开发了熔射快速制造金属模具的制模工艺,利用不锈钢或者钨合金等作为金属熔射材料,形成一层金属模具壳再利用金属材料进行背衬补强。西北工业大学、北京航空航天大学利用激光熔融烧结技术,研究把金属粉末直接熔化成型进行制模,实现了金属模具快速精密成型。
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