CN107756691B - 一种新型快速塑料模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于注塑成型的新型快速塑料模具及其制造方法，通过3D打印的方法分别打印出前模仁和后模仁的主体，用金属机加工的方法制出特定部件，特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接。主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述模仁核采用类ABS树脂或光敏复合树脂材料制成，模仁核制成后，在模仁核外层包覆模仁壳，所述模仁壳采用韧性光敏树脂材料制成。相比于传统3D技术打印的模仁，该前模仁和后模仁不仅具有较好的韧性和耐高温性，同时有较高的精度、稳定性以及耐用性。本方法具有制造周期短、制造成本低和注塑部件品质高的特点，可在48小时之内，部件可以从数字阶段直接到小批量制造出真实材料的高质量注塑部件。

Description

一种新型快速塑料模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及模具制造领域,具体涉及一种用于注塑成型的新型快速塑料模具及其制造方法。

背景技术

在传统的注塑过程中为了得到一个部件，需要使用到注塑模具，这个模具由模仁、模架、顶出系统和浇注系统组成。模仁有型芯和型腔两部分，通过前后模分型面合模组成产品的模具腔体。一套金属模仁的加工，包括车床、铣床、磨床和钻床等普通机加工，以及线切割、电火花放电加工（EDM）和数控加工（CNC）等特种机加工。模仁的加工加上配模，完成一整套金属模具通常需要几周到几个月的时间。

在大批量生产阶段，综合考虑产品数量、制造周期和制造成本三个方面，金属模具具有非常大的优势。对于产品开发前期，由于需要的产品数量很少，开一套金属模具需要非常昂贵的制造成本和较长的制造周期，传统的金属模具已不能满足新时代小批量个性化和定制化以及产品快速更新迭代的需求。随着社会的不断发展，传统的大规模和集中式制造模式已危机重重，小批量、定制化和个性化时代已悄悄来临。

目前，随着个性化和定制化的到来，新产品开发前期需要快速得到具有高精度和高质量的真实材料样板，因此急需一种可以低成本且快速可以得到高品质真实材料注塑样板的快速模具。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型快速塑料模具，可以低成本且快速得到高品质真实材料注塑样板。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种新型快速塑料模具，包括前模仁和后模仁，前模仁和后模仁分别包括主体和特定部件，所述主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述主体采用3D打印的方法制成，所述特定部件采用金属机加工的方法制成，所述特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接。

进一步地，所述金属镶件的安装位置的主体上开设有通孔，快速塑料模具还包括前模架和后模架，所述金属镶件的安装位置的前模架或后模架上开设有螺纹孔，金属镶件的一端设有螺纹，金属镶件穿过所述通孔与所述前模架或后模架螺纹连接。

进一步地，所述特定部件包括前唧嘴、前注料道、后唧嘴、后注料道、高细节和高精度的螺纹、铰链、薄骨位或深骨位。

有益效果：本发明提供的快速塑料模具，可在几个小时或者非工作时间完成制造，特定部件配合金属镶件可以延长模具寿命，并快速得到高品质的注塑部件，主体为核壳结构，进一步加强快速塑料模具的精度、稳定性以及耐用性。

本发明要解决的技术问题是提供一种新型快速塑料模具的制造方法，可以低成本且快速得到高品质真实材料注塑样板。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种快速塑料模具的制造方法，包括以下步骤：

S1、用3D打印的方法分别打印出前模仁3和后模仁10的主体；

S2、用金属机加工的方法制出特定部件；

S3、特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接。

进一步地，所述步骤S1还包括：

S11：所述主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述模仁核采用类ABS树脂或光敏复合树脂材料制成；

S12：模仁核制成后，在模仁核外层包覆模仁壳，所述模仁壳采用韧性光敏树脂材料制成。

进一步地，所述类ABS树脂是包括韧性光敏树脂和耐高温光敏树脂两组分组合的类ABS树脂。

进一步地，所述光敏复合树脂材料包括陶瓷基树脂复合材料、金属基树脂复合材料或碳基树脂复合材料。

进一步地，所述特定部件包括前唧嘴4、前注料道5、后唧嘴12、后注料道11、高细节和高精度的螺纹、铰链、薄骨位或深骨位。

进一步地，所述薄骨位具体是指骨位厚度小于0.6mm的部位，深骨位具体是指骨位深度大于5mm的部位。

进一步地，所述步骤S3的固定连接为金属镶件设有带有螺纹的连接部，金属镶件穿过前模仁3和后模仁10，与固定支撑前的模仁3和后模仁10前模架1或后模架8螺纹连接。

有益效果：通过3D打印的方法分别打印出前模仁3和后模仁10的主体，用金属机加工的方法制出特定部件，特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接。主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述模仁核采用类ABS树脂或光敏复合树脂材料制成，模仁核制成后，在模仁核外层包覆模仁壳，所述模仁壳采用韧性光敏树脂材料制成。相比于传统3D技术打印的模仁，该前模仁和后模仁不仅具有较好的韧性和耐高温性，同时有较高的精度、稳定性以及耐用性。本方法具有制造周期短、制造成本低和注塑部件品质高的特点，可在48小时之内，部件可以从数字阶段直接到小批量制造出真实材料的高质量注塑部件。

附图说明

图1为本发明第一实施例的快速塑料模具的立体图；

图2为图1所示快速塑料模具俯视图；

图3示出了根据本发明第二实施例的快速塑料模具的立体图；

图4为图3所示快速塑料模具俯视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

3D打印是一种增材制造技术，其成型不受结构复杂的影响，可以实现任意形状的自由成型，并且可以简化制造端的供应链，实现工业设计端和制造无缝对接，因此可以极大促进制造业的创新创造。3D打印是一种创新创造的新型工具，可以快速实现快、好、便宜。常用的3D打印或者增材制造技术包括立体光刻成型技术（SLA），熔融沉积技术（FDM），连续液面制造技术（CLIP），数字光处理成型技术（DLP），多材料喷射技术（PolyJet），叠层实体制造（LOM），选择性激光烧结技术（SLS）和选择性激光熔融技术（SLM）和电子束熔融技术（EBM）。这些技术中SLM和EBM可以直接实现金属打印，可以快速得到金属的毛配件，但通常还需要通过几天的精加工才能达到使用要求，加上配模时间需要两到三周，并且制造成本相比传统的机加工的模具成本更高，满足不了快速模具的需求。

本发明所述的方法，结合3D打印与金属机加工的优点，具有制造周期短、制造成本低和注塑部件品质高的特点。

第一实施例

图1和图2示出了根据本发明第一实施例的通过3D打印和传统机加工相结合的方法制造的快速塑料模具。

该快速塑料模具包括前模架1和后模架8，以及固定在前模架1上的前模仁3和固定在后模架8上的后模仁10。前模架1和后模架8分别用于支撑、固定前模仁3和后模仁10。

前模仁3和后模仁10是用于模具中心部位的关键运作的精密零件，结构复杂，加工难度大，造价高。例如在本实施例中，如图1和图2所示，前模仁3上设有前模仁虎口2、前唧嘴4、前注料道5、前模型腔6、前螺丝孔7等部件。后模仁10上设有后模仁虎口9、后注料道11、后唧嘴12、后模型腔13、后螺丝孔15、镶针16、滑块17等。

前模仁3和后模仁10分别通过4个螺丝直接固定到前模架1和后模架8上，前螺丝孔7和螺丝孔后15分别通过3D打印预留在前模仁3和后模仁10上，而螺纹部位设置在前模架1和后模架8上。在注塑过程中，该快速塑料模具合模是通过前模仁虎口2和后模仁虎口9进行定位。

该快速塑料模具的前模仁3和后模仁10是通过3D打印技术快速成型制造，特定部位配合传统机加工的金属镶件。本发明提供的快速塑料模具，可在几个小时或者非工作时间完成制造，特定部位配合金属镶件可以延长模具寿命，并快速得到高品质的注塑部件，还可以通过设计拓扑结构减轻模具重量，来进一步减少模具制造时间和成本。

新型快速塑料模具的制造方法，包括以下步骤：

S1、用3D打印的方法分别打印出前模仁3和后模仁10的主体。

前模仁3和后模仁10的主体，是采用类ABS树脂、光敏树脂或光敏复合树脂材料，通过立体光刻成型技术（SLA）、连续液面制造技术（CLIP）、数字光处理成型技术（DLP）或多材料喷射技术（PolyJet）直接打印而成。

类ABS树脂、光敏树脂或光敏复合树脂材料均为热固性树脂，树脂成型后的前模仁3和后模仁10的主体，硬度（HRD）在80以上，并在0.45MPa载荷下前模仁3和后模仁10的热变形温度（HDT）为50℃以上。

S11：所述主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述模仁核采用类ABS树脂或光敏复合树脂材料制成；

S12：模仁核制成后，在模仁核外层包覆模仁壳，所述模仁壳采用韧性光敏树脂材料制成。

在本实施例中，前模仁3和后模仁10主体均为核壳结构，分别包括模仁核和模仁壳（图中未示出）。模仁核是采用韧性光敏树脂和耐高温光敏树脂两组分组合的类ABS树脂，通过多材料喷射技术3D打印而成。其中，韧性光敏树脂材料是指环氧丙烯酸酯树脂、环氧树脂或环氧树脂/丙烯酸酯树脂共混物，耐高温光敏树脂是指氰酸酯树脂/环氧树脂共混物、氰酸酯树脂/丙烯酸酯树脂共混物、氰酸酯树脂/环氧树脂/丙烯酸酯树脂共混物、丙烯酸酯树脂、环氧树脂/丙烯酸树脂共混物或共聚物。模仁壳是采用韧性光敏树脂材料，通过多材料喷射技术3D打印而成。相比于传统3D技术打印的模仁，该模仁不仅具有较好的韧性和耐高温性，同时有较高的精度、稳定性以及耐用性。

从图1和图2中可以看出，前模仁3和后模仁10分别开设有下凹的前模型腔6和后模型腔13。前模型腔6和后模型腔13用于成型，分别对应于注塑样板的第一半形状和第二半形状。当前模仁3和后模仁10配合在一起的时候，前模型腔6和后模型腔13具有注塑样板的形状。

前模仁3设有前唧嘴4和前注料道5，前唧嘴4、前注料道5和前模型腔6依次连通，前唧嘴4和前注料道5提供注塑时向前模型腔6内注入融化的塑料的路径。后模仁10设有后唧嘴12和后注料道11，后唧嘴12、后注料道11和后模型腔13依次连通，提供注塑时向后模型腔13内注入融化的塑料的路径。并且，前唧嘴4与后唧嘴12的位置相对应，前注料道5与后注料道11的位置相对应。

S2、用金属机加工的方法制出特定部件。

为了增加该快速塑料模具的寿命，前唧嘴4、前注料道5、后唧嘴12和后注料道11均采用传统金属机加工的方法制作，预先加工完成后再作为金属镶件，直接装配到前模仁3或后模仁10上。

S3、特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接。

金属镶件与前模仁3或后模仁10的连接方式可以为，金属镶件的安装位置的主体上开设有通孔，金属镶件的安装位置的前模架1或后模架8上开设有螺纹孔，金属镶件的一端设有螺纹，金属镶件穿过所述通孔与所述前模架1或后模架8螺纹连接。当然，金属镶件与前模仁3或后模仁10的连接也可以有其他方式，例如卡扣连接等。

后模仁10上还设有滑块17和镶针16，滑块17采用类ABS树脂、光敏树脂或光敏复合树脂材料通过多材料喷射技术3D打印而成。其中滑块17中的镶针16采用金属机加工制作，加工完成后再作为金属镶件，直接装配到滑块17中。

后模架8相对后模仁10的另一面设有顶出系统，顶出系统包括顶针14、顶针面板18和顶针底板19。在本实施例中，顶出系统的顶针14通过金属机加工预先加工制作，再作为金属镶件，装配到快速塑料模具中。此外，为了进一步保证产品的品质，该快速塑料模具的其他特定部位也需要配合金属镶件，特定部位除了前唧嘴4、前注料道5、后唧嘴12、后注料道11和镶针16，还包括要求高细节和高精度的螺纹、铰链或薄骨位、深骨位等部位。其中，薄骨位具体是指骨位厚度小于0.6mm的部位，深骨位具体是指骨位深度大于5mm的部位。

本发明的前模仁3和后模仁10通过3D打印技术快速成型制造，特定部位配合传统机加工的金属镶件，并配上标准的传统注塑机的金属模架，在注塑机上直接注塑得到真实材料部件。

本发明的快速塑料模具完成制造后，适用于注塑机的类型为卧式或立式注塑机，并且适用于熔融温度在300℃以下的热塑性材料和热固性材料的注塑。上述热塑性材料包括聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC），热塑性弹性体（TPE），聚乳酸（PLA），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），聚甲醛（POM），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），PC-ABS，聚酰胺（PA），聚酰胺+玻纤（PA+GF），聚对苯二甲酸丁二醇酯+玻纤（PBT+GF），聚碳酸酯（PC）。上述热固性材料包含常温固化有机硅胶和高温固化有机硅胶。此外，本发明的快速塑料模具也适用于非常规的蜡（Wax）注塑成型，陶瓷粉末注射成型（CIM）和金属粉末注射成型（MIM）等注塑成型方式。

适合在200吨以下锁模力的注塑机上进行注塑，人工手动把快速塑料模具装到Babyplast微型注塑机（锁模压力6吨）上，聚对苯二甲酸丁二醇酯加30%的玻纤（PBT+30GF）塑料粒料加热熔融经射嘴注射到前模型腔6和后模型腔13，保压且模内冷却后开模，前模仁3和后模仁10经风枪吹冷却至25℃左右顶出产品。

使用本发明提供的用于注塑成型的快速塑料模具及其制造方法具有制造周期短、制造成本低和注塑部件品质高的特点。可在48小时之内快速注塑得到高品质的真实材料的复杂部件多达一百多个，这种部件适合在产品开发前端需要快速得到真实材料的样板进行功能测试，包括电学性能、跌落、耐高温和耐用性。

第二实施例

图3和图4示出了根据本发明第二实施例的通过3D打印和传统机加工相结合的方法制造的快速塑料模具。本实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于以下内容。

后模仁10上仅设有后模仁虎口9、后注料道11、后唧嘴12、后模型腔13、后螺丝孔15。

该快速塑料模具的前模仁3和后模仁10主体部分是基于光敏复合树脂材料，通过3D打印而成。具体地，前模仁3和后模仁10主体部分是基于陶瓷基树脂复合材料、金属基树脂复合材料或碳基树脂复合材料，通过3D打印技术制成的。其中，碳基树脂复合材料包含碳纳米管、石墨或石墨烯粉末；陶瓷基树脂复合包含二氧化硅、氧化铝或氮化硅粉末；金属基树脂复合材料包含银、铜或不锈钢粉末。复合树脂材料中的粉末是微米级，亚微米和/或者纳米级尺寸。

例如，在本实施中，模仁核采用陶瓷基复合树脂材料，通过立体光刻技术（SLA）打印而成。这种陶瓷基复合树脂材料用陶瓷粉末和树脂混合而成，是一种刚性、耐高温和耐磨性的热固性复合树脂。模仁壳则可以是采用韧性光敏树脂材料，通过SLA技术3D打印而成。相比于其他3D技术打印的模仁，该模仁不仅具有较好的耐磨和耐高温性，同时有较高的精度和稳定性以及外观。

完成快速塑料模具制造后，把快速塑料模具安装在微型注塑机上，将聚碳酸酯（PC）塑料粒料加热熔融经射嘴注射到前模型腔6和后模型腔13。

使用本发明的方法，可在48小时之内快速注塑得到高品质的真实材料的部件多达五十多个，这种部件适合在产品开发前端需要快速得到真实材料的样板进行功能测试，包括透光性、强度、耐高温和耐用性。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种快速塑料模具的制造方法，其特征在于，所述快速塑料模具包括前模仁(3)和后模仁(10)，前模仁(3)和后模仁(10)分别包括主体和特定部件，所述主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述主体采用3D打印的方法制成，所述特定部件采用金属机加工的方法制成，所述特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接；

所述金属镶件的安装位置的主体上开设有通孔，快速塑料模具还包括前模架(1)和后模架(8)，所述金属镶件的安装位置的前模架(1)或后模架(8)上开设有螺纹孔，金属镶件的一端设有螺纹，金属镶件穿过所述通孔与所述前模架(1)或后模架(8)螺纹连接；

所述特定部件包括前唧嘴(4)、前注料道(5)、后唧嘴(12)、后注料道(11)、高细节和高精度的螺纹、铰链、薄骨位或深骨位；所述薄骨位具体是指骨位厚度小于0.6mm的部位，深骨位具体是指骨位深度大于5mm的部位；

制造方法包括以下步骤：

S1、用3D打印的方法分别打印出前模仁(3)和后模仁(10)的主体，前模仁（3）和后模仁（10）的主体，硬度HRD在80以上，并在0.45MPa载荷下前模仁（3）和后模仁（10）的热变形温度HDT为50℃以上；

S2、用金属机加工的方法制出特定部件；

S3、特定部件作为金属镶件与所述主体固定连接；

所述步骤S1还包括：

S11：所述主体为核壳结构，包括模仁核和模仁壳，所述模仁核采用类ABS树脂制成；所述类ABS树脂是由韧性光敏树脂和耐高温光敏树脂两组分组合而成的；

S12：模仁核制成后，在模仁核外层包覆模仁壳，所述模仁壳采用韧性光敏树脂材料制成。