CN107186215B - 面向梯度空间结构的金属3d打印注塑模具快速制造方法 - Google Patents

Abstract

面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，先根据注塑件特征进行注塑模具设计，同时根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，对注塑模具进行分区，进行解耦优化，将注塑模具分解为成型区域、支撑区域和功能区域；然后通过金属3D打印方式制造出注塑模具的成型区域，通过机加工方式制造出注塑模具的支撑区域，通过金属3D打印方式制造出注塑模具的功能区域，功能区域为成型镶块或具有随形冷却水道的冷却镶块，最后通过螺栓连接或镶嵌连接的方式，将成型区域、支撑区域和功能区域进行紧固连接，本发明提高注塑模制造效率、服役寿命，同时提高注塑模冷却速率以显著提高注塑效率，解决服役过程材料性能要求的非一致性。

Description

面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法

技术领域

本发明涉及金属3D打印技术领域，具体涉及一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法。

背景技术

金属3D打印技术(SLM)是一种以金属粉末为原材料的分层加工增材制造技术。金属3D打印打印技术应用于注塑模具制造领域，可摆脱传统冷却水道实现方式中的钻孔加工工艺和镶拼结构，使注塑模具中具有复杂的随形冷却水道，注塑模腔的温度进行均匀性分布，减少注塑件的翘曲，保证注塑件质量和精度，可实现注塑模具的快速制造和注塑件的成型质量。

然而，现有基于金属3D打印技术的注塑模具制造方法存在以下几个问题：一、现有的金属3D打印模具的制造效率普遍偏低，精度和效率不可同时兼顾，每小时打印的成型机重量较小，难以满足高效率的工业需求；二、现有的金属3D打印模具将注塑模具进行整体打印，即将冷却水道和模具凸凹模作为同一整体打印，造成制造成本较高和效率较低；三、现有的金属3D打印模具中的材料性能在模具结构中是均匀分布的，而成型面和非成型面部分在注塑过程中对材料性能要求是非一致的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，充分利用金属3D打印在注塑模具制造中的优势，提高注塑模制造效率、服役寿命，摆脱机加工对复杂模具结构的限制，同时提高注塑模冷却速率以显著提高注塑效率，解决服役过程材料性能要求的非一致性。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，包括下列步骤：

1)根据注塑件特征进行注塑模具设计，同时根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，对注塑模具进行分区，进行解耦优化，将注塑模具分解为成型区域、支撑区域和功能区域，并根据各区域服役特点进行材料选择和分配；

2)通过金属3D打印方式制造出注塑模具的成型区域，并进行后处理，同时预留和支撑区域、功能区域的连接区域；

3)通过机加工方式制造出注塑模具的支撑区域，预留和成型区域、功能区域的连接区域；

4)通过金属3D打印方式制造出注塑模具的功能区域，功能区域为成型镶块或具有随形冷却水道的冷却镶块，预留和成型区域、支撑区域的连接区域。

5)通过螺栓连接或镶嵌连接的方式，将成型区域、支撑区域和功能区域进行紧固连接。

本发明的优点：

本发明根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，将注塑模具结构进行解耦优化和制造，将注塑模具分解为成型区域、支撑区域和功能区域，解决现有的金属3D打印模具的制造效率偏低和高成本的问题，将冷却水道作为功能镶块区域进行金属3D打印，实现了制造过程的高效率，根据各部分区域的服役过程中成型面和非成型面部分在注塑过程中对材料性能要求是非一致性进行材料分配，同时实现模具的高服役寿命和低成本化。

附图说明

图1为本发明实施例注塑模具三维结构示意图。

图2为实施例注塑模具的凸模结构剖视图。

图3为实施例注塑模具的凹模结构剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不局限于此实例。

一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，包括以下步骤：

1)根据注塑件特征进行模具设计，同时根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，对注塑模具进行分区，进行解耦优化，将注塑模具分解为凸模支撑区域1、凸模功能区域2、凸模成型区域3、凹模成型区域4、凹模功能区域5和凹模支撑区域6，如图1、图2、图3所示，凸模、凹模中设有随形冷却的水道7，并根据各区域服役特点进行材料选择和分配；

2)选择高硬度、高耐磨性和良好热传导性的材料，通过金属3D打印方式制造出凸模成型区域3、凹模成型区域4，并进行后处理，增强材料的强度和硬度，同时预留和凸模支撑区域1、凸模功能区域2、凹模功能区域5、凹模支撑区域6的连接区域；

3)选择具有高强度、低成本的材料，通过机加工方式制造出凸模支撑区域1、凹模支撑区域6，预留和凸模功能区域2、凸模成型区域3、凹模成型区域4和凹模功能区域5的连接区域；

4)选择具有良好导热性能和高强度的材料，通过金属3D打印方式制造出注塑模具的凸模功能区域2和凹模功能区域5，凸模功能区域2和凹模功能区域5为成型镶块或具有随形冷却的水道7的冷却镶块，预留和凸模支撑区域1、凸模成型区域3、凹模成型区域4、和凹模支撑区域6的连接区域；

5)选择合适的连接方式，通过螺栓连接或镶嵌连接的方式，将成型区域、支撑区域和功能区域进行紧固连接。

本发明将注塑模具分解为成型区域、支撑区域和功能区域，合理分配制造材料和制造工艺，采用高性能材料和金属3D打印方法制造成型区域和功能区域，采用低成本和机加工方法制造支撑区域，结合传统机加工和金属3D打印注塑模具的制造和成本优势，在保证注塑模具成型性能的前提下，提高了金属3D打印注塑模具的制造效率和极大降低了制造成本。

Claims (2)

1.一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)根据注塑件特征进行注塑模具设计，同时根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，对注塑模具进行分区，进行解耦优化，将注塑模具分解为成型区域、支撑区域和功能区域，并根据各区域服役特点进行材料选择和分配；

2)通过金属3D打印方式制造出注塑模具的成型区域，并进行后处理，同时预留和支撑区域、功能区域的连接区域；

3)通过机加工方式制造出注塑模具的支撑区域，预留和成型区域、功能区域的连接区域；

4)通过金属3D打印方式制造出注塑模具的功能区域，功能区域为成型镶块或具有随形冷却水道的冷却镶块，预留和成型区域、支撑区域的连接区域；

5)通过螺栓连接或镶嵌连接的方式，将成型区域、支撑区域和功能区域进行紧固连接。

2.根据权利要求1所述的一种面向梯度空间结构的金属3D打印注塑模具快速制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据注塑件特征进行模具设计，同时根据注塑模具在注塑过程中的服役特征和成型特征，对注塑模具进行分区，进行解耦优化，将注塑模具分解为凸模支撑区域(1)、凸模功能区域(2)、凸模成型区域(3)、凹模成型区域(4)、凹模功能区域(5)和凹模支撑区域(6)，凸模、凹模中设有随形冷却的水道(7)，并根据各区域服役特点进行材料选择和分配；

2)选择高硬度、高耐磨性和良好热传导性的材料，通过金属3D打印方式制造出凸模成型区域(3)、凹模成型区域(4)，并进行后处理，增强材料的强度和硬度，同时预留和凸模支撑区域(1)、凸模功能区域(2)、凹模功能区域(5)、凹模支撑区域(6)的连接区域；

3)选择具有高强度、低成本的材料，通过机加工方式制造出凸模支撑区域(1)、凹模支撑区域(6)，预留和凸模功能区域(2)、凸模成型区域(3)、凹模成型区域(4)和凹模功能区域(5)的连接区域；

4)选择具有良好导热性能和高强度的材料，通过金属3D打印方式制造出注塑模具的凸模功能区域(2)和凹模功能区域(5)，凸模功能区域(2)和凹模功能区域(5)为成型镶块或具有随形冷却的水道(7)的冷却镶块，预留和凸模支撑区域(1)、凸模成型区域(3)、凹模成型区域(4)、和凹模支撑区域(6)的连接区域；

5)通过螺栓连接或镶嵌连接的方式，将成型区域、支撑区域和功能区域进行紧固连接。