CN109128165A - 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法 - Google Patents

一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109128165A
CN109128165A CN201811027622.8A CN201811027622A CN109128165A CN 109128165 A CN109128165 A CN 109128165A CN 201811027622 A CN201811027622 A CN 201811027622A CN 109128165 A CN109128165 A CN 109128165A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mold core
mold
printing
laser
processing method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811027622.8A
Other languages
English (en)
Inventor
李宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201811027622.8A priority Critical patent/CN109128165A/zh
Publication of CN109128165A publication Critical patent/CN109128165A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
    • B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/12—Formation of a green body by photopolymerisation, e.g. stereolithography [SLA] or digital light processing [DLP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/18—Formation of a green body by mixing binder with metal in filament form, e.g. fused filament fabrication [FFF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：准备所需原材料；S2：设计模芯几何结构，转换成与控制设备系统匹配的格式；S3：完成S2后利用3D打印技术打印所述模芯；S4：对S3中的所述模芯进行抛光、研磨至所需尺寸、表面精度；S5：将完成S4的所述模芯装配在模架中；S6：进行后续模制或铸模批量化生产。通过直接、快速3D打印出模具型芯，然后对其进行表面抛光处理，再紧固在模架上，进行并实现后续模制或铸模批量化生产。该方法实现了最优化设计，增强了终端产品的效能或功能，解决了CNC等传统加工技术在加工复杂几何结构面临的难题，自由设计，快速、绿色制造，真正实现了传统模具行业的绿色智能转型升级。

Description

一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法
技术领域
本发明属于模具制作技术领域，更具体地，涉及一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法。
背景技术
在现代工业中，模具与制造高度依存。无数产品的部件都需要通过模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)来制造。现代模具的加工主要借助计算机数字控制机床(CNC)、电火花加工(EDM)等技术完成。但上述技术存在生产周期长、制造成本高、能耗高、环境污染等不足。更重要的是，这些传统的模具加工技术严重制约了终端产品的效能/功能化最优设计，如：传统的冷却模具由于加工工艺的限制，严重影响了冷却效果。在制鞋领域，传统的CNC数控加工不能满足鞋底模具复杂纹理的制作，不得不采用腐蚀的方法，这难免会带来严重的环境污染。
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，同时3D打印具有无污染、低能耗、低人力成本等优点，该技术的应用真正实现了传统模具行业的绿色智能转型升级。因此，开发一种周期短、成本低、设计优化的模具加工技术，对加快实现模具行业的绿色智能转型升级具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，直接、快速3D打印出模具型芯，然后对其进行表面抛光处理，再紧固在模架上，进行并实现后续模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)批量化生产。该方法实现了最优化设计、缩短了模具的加工周期、降低了成本、增强了终端产品的效能或功能，解决了CNC等传统加工技术在加工复杂几何结构面临的难题、实现了快捷运输，真正实现了传统模具行业的绿色智能转型升级。
为实现上述目的，提供一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，包括如下步骤：
S1：准备所需原材料；
S2：设计模芯几何结构，转换成与控制设备系统匹配的格式；
S3：完成S2后利用3D打印技术打印所述模芯；
S4：对S3中的所述模芯进行抛光、研磨至所需尺寸、表面精度；
S5：将完成S4的所述模芯装配在模架中；
S6：进行后续模制或铸模批量化生产。
进一步地，步骤S1中，所述原材料包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料。
进一步地，所述金属材料包括：钛合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铝镁合金、不锈钢、高强钢、工模具钢、铁镍合金、非晶合金、稀贵金属；所述高分子材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚醚醚酮、光敏树脂类或橡胶类；所述陶瓷材料包括硅酸铝陶瓷、Ti3SiC2陶瓷、Ti3SiC2增韧TiAl3-A12O3复合材料、A12O3陶瓷或ZrO2陶瓷。
进一步地，所述金属材料的形态包括粉末、丝材或线材；所述高分子材料形态包括高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末。
进一步地，所述金属材料的粉末形态采用水雾法、气体雾化法或电极感应雾化法制备。
进一步地，所述钛合金包括TA0、TA1、TC4、TC4ELI、TC11、TC17、TC18、TC21、TA7、TA12、TA15、TA17、TA19、Ti40、Ti60、TiAl(Ti36Al、Ti48Al2Cr2Nb)、TiNi、TiNb或ZrTi；所述镍基合金包括In718(GH4169)、In625(GH3625)、Hastelloy X(GH3536)、Waspaloy(GH738)、In713C(K418)、K465、K640、Rene′125(DZ125)、DD6、FGH95、FGH96或FGH97；所述钴铬合金包括CoCrMo或CoCrMoW；所述铝合金包括2219、2024、6061、AlSi7Mg(ZL101)、AlSi12(ZL102)、AlSi10Mg(ZL104)或Al-Si5Cu1Mg(ZL105)；所述不锈钢包括304、316L、410L、15-5PH、17-4PH或2Cr13；所述高强钢包括A100、300M、30CrMnSiA或40CrMnSiMoVA；所述工模具钢包括18Ni300、H13、M2、M35、M42、T15、2030S390，或铁镍合金；所述非晶合金包括Zr基、Fe基、Ti基、Ni基非晶合金体系。
进一步地，步骤S3中，所述3D打印技术包括熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)、选择性激光烧结(SLS)、数字光投影(DLP)、紫外线成型(ProJetUV)、金属粉末床熔化(PBF)、选择性激光熔覆型(SLM)、金属粉末激光成型(DMLS)、激光近净成型(LENS)、冷喷涂、热喷涂与激光熔覆修复等激光3D、4D打印及成形技术。
进一步地，步骤S3中，所述选择性激光熔覆型(SLM)打印技术包括如下步骤：
S31：将制备好的所述金属粉末装入到落斗粉中，将真空腔室抽真空，再通入高纯氩气对腔体进行气氛保护；
S32：打开激光器红光开关，通过红光扫描，调整最佳加工区域；
S33:对基板进行加热至设定温度，以降低热应力；
S34：红光定位完成后，关闭所述激光器红光开关，打开激光器激光开关，对基板进行多次重复扫描、预热；打开铺粉开关，对基板进行均匀铺粉；第一层粉铺完后，进行激光扫描；扫描结束后，降低工作台面、升高粉缸进行再次铺粉。铺粉完毕后再进行激光扫描；扫描结束后，重复上述铺粉-激光扫描烧结过程，逐层堆积形成所述模芯。
进一步地，步骤S5中，所述模芯可采用焊接、螺栓/螺丝紧固、镶嵌或者放置等方式装配在模架上。
进一步地，步骤S6中，3D打印的所述模芯可用于注射、吹塑、硅胶模制领域，或熔模、翻砂和旋压等铸模领域的批量化生产。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的基于3D打印模芯的模具快速加工方法，通过直接、快速3D打印出模具型芯，然后对其进行表面研磨、抛光处理，再装配在模架上，进行并实现后续模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)批量化生产。该方法实现了最优化设计、缩短了模具的加工周期、降低了成本、增强了终端产品的效能或功能，解决了CNC等传统加工技术在加工复杂几何结构面临的难题、实现了快捷运输，真正实现了传统模具行业的绿色智能转型升级。
(2)本发明的基于3D打印模芯的模具快速加工方法，能采用现有的设计工具快速更新，使企业能够承受得起模芯更加频繁的更换和改善。使得模具设计周期跟得上产品设计周期的步伐，进一步加快了产品开发的速度，提高了灵活性/适应性，提升了供应链预防延长期限和开发停滞风险的能力。
(3)本发明的基于3D打印模芯的模具快速加工方法，3D打印在几个小时内制造出精确模芯的能力也会对制造流程和利润产生积极的影响。3D打印的灵活性使工程师能够同时尝试无数次的迭代，并可以减少因模具设计修改引起的前期成本。3D打印具有整合设计，并减少零部件数量的能力，从而简化了产品组装过程，并减少了公差。它能够整合复杂的产品功能，使高功能性的终端产品制造速度更快、产品德缺陷更少。
(4)本发明的基于3D打印模芯的模具快速加工方法，3D打印模芯非常利于定制化生产。3D打印的模芯由于质量轻，可单独或批量采用快递、物流等方式，实现快捷运输。避免了整套模具运输引起的高成本、低效率。同时，避免了整套模具加工带来的模架重复加工，以及整套模具废弃后模架的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实施例一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法流程示意图。如图1所示，本发明省去了虚线右边为传统模具加工工序步骤，该模芯采用3D打印设备制备，用于后续模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)批量化生产。从而有效避免了传统模具加工需大型设备、能耗高、周期长、人力成本高、环境污染等问题。
3D打印模芯的模具快速加工方法按照如下步骤：
S1：准备所需原材料；
S2：设计模芯几何结构，转换成与控制设备系统匹配的格式；
S3：3D打印模芯；
S4：抛光、研磨模芯至所需尺寸、表面精度；
S5：将模芯装配在模架中；
S6：进行后续模制或铸模批量化生产。
步骤S1中，原材料包括金属、高分子、陶瓷及复合材料及所有可用于3D打印的材料。其中，金属材料的形态有粉末、丝材或线材，合金体系有：钛合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铝镁合金、不锈钢、高强钢、工模具钢、铁镍合金、非晶合金、稀贵金属及其他所有可用于金属3D打印的材料；高分子材料形态包括：高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末，高分子材料主要包括：工程塑料类(常见的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等)、光敏树脂类、橡胶类及其他所有可用于3D打印的高分子材料；陶瓷材料包括：硅酸铝陶瓷、Ti3SiC2陶瓷、Ti3SiC2增韧TiAl3-A12O3复合材料、A12O3陶瓷、ZrO2陶瓷等及其他所有可用于3D打印的陶瓷材料。
在S2中进行最优化设计，以增强终端产品的效能/功能。最优化设计结合3D打印技术的加工特点，避免后续工艺中使用腐蚀等工艺，从而避免污染环境。
步骤S3中，3D打印技术包括熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)、选择性激光烧结(SLS)、数字光投影(DLP)、紫外线成型(ProJet UV)、金属粉末床熔化(PBF)、选择性激光熔覆型(SLM)、金属粉末激光成型(DMLS)、激光近净成型(LENS)、冷喷涂、热喷涂与激光熔覆修复等激光3D、4D打印及成形技术。
步骤S5中，模芯可以采用焊接、螺栓/螺丝紧固、镶嵌或者放置等方式固定在模架上。
步骤S6中，3D打印的模芯可用于注射、吹塑、硅胶等模制领域，或熔模、翻砂和旋压等铸模领域的批量化生产。
本发明基于一种3D打印模芯的模具快速加工方法，直接、快速3D打印出模具型芯，然后对其进行表面抛光处理，再紧固在模架上，进行并实现后续模制(注射、吹塑和硅胶)或铸模(熔模、翻砂和旋压)批量化生产。该方法实现了最优化设计、缩短了模具的加工周期、降低了成本、解决了CNC等传统加工技术在加工复杂几何结构面临的难题、实现了快捷运输，真正实现了传统模具行业的绿色智能转型升级。
实施例1：
一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，包括如下步骤：
S1：选择45号钢作为模芯材料；
S2：3D打印技术选择选择性激光熔覆(SLM)，采用UG软件进行金属注塑模模芯3D图设计，然后转成功STL格式导入SLM成形设备软件中切片；
S3：选取45号钢作为基板，固定在工作台面上，调整基板高度，使激光光斑整好处于基板表面；
S4：将制备好的金属粉末装入到落斗粉中，将真空腔室抽真空，再通入高纯氩气对腔体进行气氛保护；
S5：打开激光器红光开关，通过红光扫描，调整最佳加工区域。将基板温度升温至200℃；
S6：红光定位完成后，关闭红光开关，打开激光器激光开关，对基板进行多次重复扫描、预热；打开铺粉开关，对基板进行均匀铺粉。第一层粉铺完后，进行激光扫描。扫描结束后，降低工作台面、升高粉缸进行再次铺粉。铺粉完毕后再进行激光扫描。扫描结束后，重复上述铺粉—激光扫描烧结过程，逐层堆积形成所需的模具型芯；
S7：3D打印完成后，待模芯随腔体冷却至室温后取出。取出后退火、进行去应力处理；
S8：对3D打印的模芯进行抛光、研磨处理，满足尺寸及表面精度要求；
S9：将3D打印的模芯金属紧固在模架中；
S10：进行注塑或模压批量化生产，该3D打印的模芯可单独或批量包装，采用快递、物流等方式快速运输至客户，客户收到模芯后快速与模架组装，大幅提高了效率、降低了运输成本。
优选地，金属粉末可选择钛合金粉末(包含TA0、TA1、TC4、TC4ELI、TC11、TC17、TC18、TC21、TA7、TA12、TA15、TA17、TA19、Ti40、Ti60、TiAl(Ti36Al、Ti48Al2Cr2Nb)、TiNi、TiNb、ZrTi)，或镍基合金粉末(包含In718(GH4169)、In625(GH3625)、Hastelloy X(GH3536)、Waspaloy(GH738)、In713C(K418)、K465、K640、Rene′125(DZ125)、DD6、FGH95、FGH96、FGH97等)，或钴铬合金粉末(如CoCrMo、CoCrMoW等)；铝合金粉末(包括2219、2024、6061、AlSi7Mg(ZL101)、AlSi12(ZL102)、AlSi10Mg(ZL104)、Al-Si5Cu1Mg(ZL105))，或不锈钢粉末(包括304、316L、410L、15-5PH、17-4PH、2Cr13)，或高强钢粉末(包括A100、300M、30CrMnSiA、40CrMnSiMoVA)，或工模具钢粉末(包括18Ni300、H13、M2、M35、M42、T15、2030、S390)，或铁镍合金(Invar 36)，或非晶合金(Zr基、Fe基等)。作为优选上述金属粉末采用水雾法、气体雾化法或电极感应雾化法制备。
本发明的基于一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，能采用现有的设计工具快速更新，使企业能够承受得起模芯更加频繁的更换和改善。使得模具设计周期跟得上产品设计周期的步伐，进一步加快了产品开发的速度，提高了灵活性/适应性，提升了供应链御防延长期限和开发停滞风险的能力。最优化的设计同时增强了终端产品的效能或功能，解决了CNC等传统加工技术在加工复杂几何结构面临的难题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备所需原材料；
S2：设计模芯几何结构，转换成与控制设备系统匹配的格式；
S3：完成S2后利用3D打印技术打印所述模芯；
S4：对S3中的所述模芯进行抛光、研磨至所需尺寸、表面精度；
S5：将完成S4的所述模芯装配在模架中；
S6：进行后续模制或铸模批量化生产。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，步骤S1中，所述原材料包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，所述金属材料包括：钛合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铝镁合金、不锈钢、高强钢、工模具钢、铁镍合金、非晶合金、稀贵金属；所述高分子材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯砜、聚醚醚酮、光敏树脂类或橡胶类；所述陶瓷材料包括硅酸铝陶瓷、Ti3SiC2陶瓷、Ti3SiC2增韧TiAl3-A12O3复合材料、A12O3陶瓷或ZrO2陶瓷。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，所述金属材料的形态包括粉末、丝材或线材；所述高分子材料形态包括高分子丝材、光敏树脂及高分子粉末。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，所述金属材料的粉末形态采用水雾法、气体雾化法或电极感应雾化法制备。
6.根据权利要求3所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，所述钛合金包括TA0、TA1、TC4、TC4ELI、TC11、TC17、TC18、TC21、TA7、TA12、TA15、TA17、TA19、Ti40、Ti60、TiAl(Ti36Al、Ti48Al2Cr2Nb)、TiNi、TiNb或ZrTi；所述镍基合金包括In718(GH4169)、In625(GH3625)、Hastelloy X(GH3536)、Waspaloy(GH738)、In713C(K418)、K465、K640、Rene′125(DZ125)、DD6、FGH95、FGH96或FGH97；所述钴铬合金包括CoCrMo或CoCrMoW；所述铝合金包括2219、2024、6061、AlSi7Mg(ZL101)、AlSi12(ZL102)、AlSi10Mg(ZL104)或Al-Si5Cu1Mg(ZL105)；所述不锈钢包括304、316L、410L、15-5PH、17-4PH或2Cr13；所述高强钢包括A100、300M、30CrMnSiA或40CrMnSiMoVA；所述工模具钢包括18Ni300、H13、M2、M35、M42、T15、2030S390，或铁镍合金；所述非晶合金包括Zr基、Fe基、Ti基、Ni基非晶合金体系。
7.根据权利要求1所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，步骤S3中，所述3D打印技术包括熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三维粉末粘接(3DP)、选择性激光烧结(SLS)、数字光投影(DLP)、紫外线成型(ProJet UV)、金属粉末床熔化(PBF)、选择性激光熔覆型(SLM)、金属粉末激光成型(DMLS)、激光近净成型(LENS)、冷喷涂、热喷涂与激光熔覆修复等激光3D、4D打印及成形技术。
8.根据权利要求7所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，步骤S3中，所述选择性激光熔覆型(SLM)打印技术包括如下步骤：
S31：将制备好的所述金属粉末装入到落斗粉中，将真空腔室抽真空，再通入高纯氩气对腔体进行气氛保护；
S32：打开激光器红光开关，通过红光扫描，调整最佳加工区域；
S33:对基板进行加热至设定温度，以降低热应力；
S34：红光定位完成后，关闭所述激光器红光开关，打开激光器激光开关，对基板进行多次重复扫描、预热；打开铺粉开关，对基板进行均匀铺粉；第一层粉铺完后，进行激光扫描；扫描结束后，降低工作台面、升高粉缸进行再次铺粉。铺粉完毕后再进行激光扫描；扫描结束后，重复上述铺粉-激光扫描烧结过程，逐层堆积形成所述模芯。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，步骤S5中，所述模芯可采用焊接、螺栓/螺丝紧固、镶嵌或者放置等方式装配在模架上。
10.根据权利要求1所述的一种基于3D打印模芯的模具快速加工方法，其特征在于，步骤S6中，3D打印的所述模芯可用于注射、吹塑、硅胶模制领域，或熔模、翻砂和旋压等铸模领域的批量化生产。
CN201811027622.8A 2018-09-04 2018-09-04 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法 Pending CN109128165A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811027622.8A CN109128165A (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811027622.8A CN109128165A (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109128165A true CN109128165A (zh) 2019-01-04

Family

ID=64826826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811027622.8A Pending CN109128165A (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109128165A (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110257825A (zh) * 2019-07-18 2019-09-20 江西昌河航空工业有限公司 一种采用不锈钢粉末对30CrMnSiA基材增材修复方法
CN110257751A (zh) * 2019-05-20 2019-09-20 哈特三维(中山)金属材料有限公司 一种采用3d打印方法实现铜基合金与模具钢合金连接的方法
CN110315073A (zh) * 2019-06-27 2019-10-11 广船国际有限公司 一种锚穴内覆板的3d打印制造方法
CN111633209A (zh) * 2020-04-30 2020-09-08 中北大学 一种钢/铝双金属增/等材复合制造方法
CN111844629A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 浙江万豪模塑股份有限公司 一种汽车配光镜注塑模具以及3d打印方法
CN111906970A (zh) * 2020-06-17 2020-11-10 西安交通大学 一种迷宫型流道灌水器快速模具及其加工方法
CN112140472A (zh) * 2020-09-04 2020-12-29 伍尔特电子(重庆)有限公司 模块化3d打印模具及其制作方法
CN112157432A (zh) * 2020-09-23 2021-01-01 徐中齐 一种铝合金自动化加工系统及其方法
CN113564416A (zh) * 2020-04-13 2021-10-29 中国科学院金属研究所 基于增材制造技术制备超高强度钛合金多孔材料的方法
CN113910506A (zh) * 2021-10-07 2022-01-11 浙江抟原复合材料有限公司 一种3d打印技术制备大型复合材料模具的方法
CN114248377A (zh) * 2021-11-09 2022-03-29 浙江抟原复合材料有限公司 一种复合材料rtm模具制备方法
CN114311656A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 西安交通大学 一种基于3d打印异型高燃速型模制备复合固体推进剂的方法
KR102392349B1 (ko) * 2020-11-12 2022-05-03 주식회사 에나스 3차원 물체 제작 방법 및 시스템
CN114703475A (zh) * 2022-04-01 2022-07-05 内蒙古工业大学 微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法
CN115156555A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 季华实验室 新型15-5ph不锈钢材料及其增材制造方法
CN115319108A (zh) * 2022-08-18 2022-11-11 广东省科学院中乌焊接研究所 基于电弧增材制造马氏体不锈钢的方法及马氏体不锈钢

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103100711A (zh) * 2013-01-11 2013-05-15 温岭市旭日滚塑科技有限公司 激光直接快速制造滚塑模具的方法
CN103464996A (zh) * 2013-09-25 2013-12-25 张家港保税区冠祥贸易有限公司 模具生产工艺
CN106048441A (zh) * 2016-06-12 2016-10-26 无锡辛德华瑞粉末新材料科技有限公司 3d打印用模具钢粉及其制造方法
CN106636977A (zh) * 2017-02-11 2017-05-10 广州市嘉晟精密科技有限公司 一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3d打印方法
CN107225374A (zh) * 2017-07-04 2017-10-03 东莞光韵达光电科技有限公司 一种薄壁注塑模芯的制造方法
WO2017174234A1 (de) * 2016-04-08 2017-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines werkstücks durch beschichten und additives herstellen; entsprechendes werkstück
CN108080621A (zh) * 2017-11-21 2018-05-29 北京科技大学 低成本激光选区熔化用钛粉、其制备方法及钛材制备方法
CN108330344A (zh) * 2018-03-20 2018-07-27 中南大学 一种3D打印7xxx铝合金及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103100711A (zh) * 2013-01-11 2013-05-15 温岭市旭日滚塑科技有限公司 激光直接快速制造滚塑模具的方法
CN103464996A (zh) * 2013-09-25 2013-12-25 张家港保税区冠祥贸易有限公司 模具生产工艺
WO2017174234A1 (de) * 2016-04-08 2017-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines werkstücks durch beschichten und additives herstellen; entsprechendes werkstück
CN106048441A (zh) * 2016-06-12 2016-10-26 无锡辛德华瑞粉末新材料科技有限公司 3d打印用模具钢粉及其制造方法
CN106636977A (zh) * 2017-02-11 2017-05-10 广州市嘉晟精密科技有限公司 一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3d打印方法
CN107225374A (zh) * 2017-07-04 2017-10-03 东莞光韵达光电科技有限公司 一种薄壁注塑模芯的制造方法
CN108080621A (zh) * 2017-11-21 2018-05-29 北京科技大学 低成本激光选区熔化用钛粉、其制备方法及钛材制备方法
CN108330344A (zh) * 2018-03-20 2018-07-27 中南大学 一种3D打印7xxx铝合金及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张巨香，于晓伟: "《3D打印技术及其应用》", 1 March 2016, 国防工业出版社 *
曾霞文: "《模具设计》", 1 August 2012, 西安电子科技大学出版社 *
李博: "《全国高等院校"十三五"规划教材 3D打印技术》", 31 August 2017, 中国轻工业出版社 *
李福多: ""基于3D 打印技术的手机外壳注塑模具设计"", 《南方农机》 *
苑希昌: "《新工艺新技术选编》", 28 February 1994, 兵器工业出版社 *
蔡志楷等: "《3D打印和增材制造的原理及应用》", 31 March 2017, 国防工业出版社 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111844629A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 浙江万豪模塑股份有限公司 一种汽车配光镜注塑模具以及3d打印方法
CN110257751A (zh) * 2019-05-20 2019-09-20 哈特三维(中山)金属材料有限公司 一种采用3d打印方法实现铜基合金与模具钢合金连接的方法
CN110315073A (zh) * 2019-06-27 2019-10-11 广船国际有限公司 一种锚穴内覆板的3d打印制造方法
CN110257825A (zh) * 2019-07-18 2019-09-20 江西昌河航空工业有限公司 一种采用不锈钢粉末对30CrMnSiA基材增材修复方法
CN113564416A (zh) * 2020-04-13 2021-10-29 中国科学院金属研究所 基于增材制造技术制备超高强度钛合金多孔材料的方法
CN111633209A (zh) * 2020-04-30 2020-09-08 中北大学 一种钢/铝双金属增/等材复合制造方法
CN111906970A (zh) * 2020-06-17 2020-11-10 西安交通大学 一种迷宫型流道灌水器快速模具及其加工方法
CN112140472A (zh) * 2020-09-04 2020-12-29 伍尔特电子(重庆)有限公司 模块化3d打印模具及其制作方法
CN112157432A (zh) * 2020-09-23 2021-01-01 徐中齐 一种铝合金自动化加工系统及其方法
KR102392349B1 (ko) * 2020-11-12 2022-05-03 주식회사 에나스 3차원 물체 제작 방법 및 시스템
CN113910506A (zh) * 2021-10-07 2022-01-11 浙江抟原复合材料有限公司 一种3d打印技术制备大型复合材料模具的方法
CN113910506B (zh) * 2021-10-07 2024-05-14 浙江抟原复合材料有限公司 一种3d打印技术制备大型复合材料模具的方法
CN114248377A (zh) * 2021-11-09 2022-03-29 浙江抟原复合材料有限公司 一种复合材料rtm模具制备方法
CN114311656A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 西安交通大学 一种基于3d打印异型高燃速型模制备复合固体推进剂的方法
CN114703475A (zh) * 2022-04-01 2022-07-05 内蒙古工业大学 微纳米双尺度陶瓷颗粒复合镍基耐磨自润滑涂层材料及自润滑耐高温镍基合金制备方法
CN115319108A (zh) * 2022-08-18 2022-11-11 广东省科学院中乌焊接研究所 基于电弧增材制造马氏体不锈钢的方法及马氏体不锈钢
CN115156555A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 季华实验室 新型15-5ph不锈钢材料及其增材制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109128165A (zh) 一种基于3d打印模芯的模具快速加工方法
CN107049538B (zh) 一种义齿slm 3d打印方法
Cheah et al. Rapid prototyping and tooling techniques: a review of applications for rapid investment casting
CN104084584B (zh) 用于高温合金结构件快速成型的激光扫描方法
JP2022023873A (ja) 付加製造プロセス用の高品質球状粉末及びその形成方法
CN105328121B (zh) 基于熔融沉积工艺的无模快速铸造方法
CN106636977B (zh) 一种免热处理预硬态塑料模具钢及其的3d打印方法
WO2017114064A1 (zh) 一种环保精铸模壳的制备方法
CN106001453A (zh) 覆膜砂壳型铸造大型箱体类铸件的方法
CN103934415A (zh) 基于3d打印的消失模铸造用泡沫模型的制备方法
CN109807320A (zh) 一种3dp法制备高温镍基合金多孔材料的方法及后处理工艺
CN109622955A (zh) 一种双光束选区激光熔化增材制造方法
CN108672655A (zh) 一种铸型温度可控的复合铸造方法
CN106964757A (zh) 一种采用3d打印制作工艺品的铸造方法
CN109128169A (zh) 一种大型高性能金属零件激光直接制造技术
CN108526488A (zh) 一种增减材制备钛合金零件的方法
CN102616075A (zh) 金属彩塑、彩绘工艺品的制作方法
CN105728722A (zh) 一种陶瓷钛合金复合材料生物植入制件的3d打印方法
CN108115810B (zh) 一种陶瓷玻璃复合结构3d打印成形装置及方法
US20060168815A1 (en) Method for producing a metallic dental implant and a blank for carrying out said method
CN109834267A (zh) 一种基于3d打印二维码的金属加工件自动识别方法
CN100519455C (zh) 玻璃模具制造方法
Kruth et al. Advances in selective laser sintering
CN102212773A (zh) 一种热喷涂快速制作钢基模具的方法
CN106493293A (zh) 一种快速低成本生产金属材质创意工艺品的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190104