CN110216815A - 一种3D打印pvd模具及其方法 - Google Patents

一种3D打印pvd模具及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D打印pvd模具，涉及3D打印相关技术领域，包括模具本体，所述模具本体呈T形，所述模具本体的两侧表面均设有随形水路，所述模具本体的表面设有镀层。本发明还公开了一种3D打印pvd模具的打印方法，包括以下步骤：A：建模、B：增材、C：抛光、D：表面处理、E：镀层。本发明能够根据模具的形状来设计随形水路，通过采用最新的3D打印技术，而不是常规的钻孔工艺，产品能在短时间内达到最有效的冷却，极大地提高了生产效率，降低了产品成本，本发明制得的模具精度较高，粗糙度低，致密度高，硬度高于锻件，抗拉强度优于铸件。

Description

一种3D打印pvd模具及其方法
技术领域
本发明涉及3D打印相关技术领域，特别涉及一种3D打印pvd模具及其方法。
背景技术
科技进步带动各式产品蓬勃发展，产品的开发周期相对缩短，为在有限的时间内提高量产值并同时兼顾产品的质量，藉由改善模具的散热效率以减少成型周期中的冷却阶段即成为射出成型制程中的重要手段。
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。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
传统设计制作的冷却水路都是以钻孔方式完成，其直线圆管状造型另须避开结构或组装原件，因此水路设计极其受限，热点地区往往没有冷却剂的达到，而且，模具的精度较低，还不容易脱模。
因此，提出一种3D打印pvd模具及其方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种3D打印pvd模具及其方法，解决了模具水路设计极其受限、模具的精度较低和不容易脱模的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种3D打印pvd模具，包括模具本体，所述模具本体呈T形，所述模具本体的两侧表面均设有随形水路，所述模具本体的表面设有镀层。
可选的，所述随形水路为L形，所述随形水路的边缘为弧形。
可选的，所述金属镀层由底层膜、中间膜和表面膜组成，所述底层膜为钛金属膜，所述中间膜为镍磷合金膜，所述表面膜为镀氮化硅膜。
一种D打印pvd模具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：建模；将模具原型和随形水路通过三维扫描设备扫描得到三维外形尺寸，将三维外形尺寸导入到计算机客户端并再处理获得三维数字模型，将三维数字模型文件导入3D打印成型设备终端，设置打印参数；
B：增材：在3D打印成型设备工作平台上铺设合金粉末，得到粉末工作层，然后选择执行打印功能，3D打印机对粉末工作层进行激光扫描，使得被扫描区域内的合金粉末熔化并凝固，采用激光烧结加工技术对材料进行一层层加工；
C：抛光：取出工件后，用滚筒抛光机对工件表面进行抛光处理；
D：表面处理：然后将工件放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1-3h；然后室温下将工件放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10-20min超声处理,最后将工件放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；
E：镀层：将经过表面预处理的工件放入镀膜炉中，在真空抽到3×10-3帕时开始粒子轰击，在工件表面用电子束蒸发镀膜方式进行底层膜镀膜，在底层膜表面沉积中间膜，在中间膜表面沉积表面膜。
可选的，所述随形水路随零件模型的形状而进行变化。
可选的，所述激光扫描的工作室内为惰性气氛，所述激光扫描的激光能量密度为80J/mm3-100J/mm3，所述激光扫描的扫描速率为0.6-2.8m/s，所述激光扫描的激光功率为160-450W，所述激光扫描的扫描间距为80-120μm。
可选的，所述底层膜的厚度为0.2-0.4μm，所述中间膜的厚度为0.5-0.8μm，所述表面膜的厚度为0.6-0.9μm。
(三)有益效果
本发明提供了一种3D打印pvd模具及其方法，具备以下有益效果：
(1)、本发明能够根据模具的形状来设计随形水路，通过采用最新的3D打印技术，而不是常规的钻孔工艺，产品能在短时间内达到最有效的冷却，极大地提高了生产效率，降低了产品成本。
(2)、本发明制得的模具精度较高，粗糙度低，致密度高，硬度高于锻件，抗拉强度优于铸件。
(3)、本发明在模具表面进行三层的镀膜工艺处理，能够提高模具的耐磨性、韧性、抗氧化性，提高模具的使用寿命，具有推广应用的价值。
(4)、本发明克服了传统金属工艺品铸造或者机加工不能实现大尺寸部件的制作而且工艺过程繁琐、成本较高的缺点，工艺简单、操作工序少、耗时少、成型率高、简便快捷，适于批量化和规模化生产。
(5)、本发明通过对模具进行三层的镀膜工艺处理，在三层镀膜的配合作用下，模具在生产橡胶制品时，不要用脱模剂，无需频繁清洗，模具不会被腐蚀，提高了产品质量，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明模具本体结构的示意图；
图2为本发明镀层结构的示意图。
图中：1、模具本体；11、随形水路；2、镀层；21、底层膜；22、中间膜；23、表面膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
根据如图1-2所示，本发明提供了一种技术方案：
一种3D打印pvd模具，包括模具本体1，模具本体1呈T形，模具本体1的两侧表面均设有随形水路11，模具本体1的表面设有镀层2。
作为本发明的一种可选技术方案：
随形水路11为L形，随形水路11的边缘为弧形。
作为本发明的一种可选技术方案：
金属镀层2由底层膜21、中间膜22和表面膜23组成，底层膜21为钛金属膜，中间膜22为镍磷合金膜，表面膜23为镀氮化硅膜。
实施例一
一种3D打印pvd模具的加工方法，包括以下步骤：
A：建模；将模具原型和随形水路11通过三维扫描设备扫描得到三维外形尺寸，将三维外形尺寸导入到计算机客户端并再处理获得三维数字模型，将三维数字模型文件导入3D打印成型设备终端，设置打印参数；
B：增材：在3D打印成型设备工作平台上铺设合金粉末，得到粉末工作层，然后选择执行打印功能，3D打印机对粉末工作层进行激光扫描，使得被扫描区域内的合金粉末熔化并凝固，采用激光烧结加工技术对材料进行一层层加工，随形水路11随零件模型的形状而进行变化，激光扫描的工作室内为惰性气氛，激光扫描的激光能量密度为80J/mm3，激光扫描的扫描速率为0.6m/s，激光扫描的激光功率为160W，激光扫描的扫描间距为80μm；
C：抛光：取出工件后，用滚筒抛光机对工件表面进行抛光处理；
D：表面处理：然后将工件放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1h；然后室温下将工件放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10min超声处理,最后将工件放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；
E：镀层：将经过表面预处理的工件放入镀膜炉中，在真空抽到3×10-3帕时开始粒子轰击，在工件表面用电子束蒸发镀膜方式进行底层膜21镀膜，在底层膜21表面沉积中间膜22，在中间膜22表面沉积表面膜23，底层膜21的厚度为0.2μm，中间膜22的厚度为0.5μm，表面膜23的厚度为0.6μm。
实施例二
一种3D打印pvd模具的加工方法，包括以下步骤：
A：建模；将模具原型和随形水路11通过三维扫描设备扫描得到三维外形尺寸，将三维外形尺寸导入到计算机客户端并再处理获得三维数字模型，将三维数字模型文件导入3D打印成型设备终端，设置打印参数；
B：增材：在3D打印成型设备工作平台上铺设合金粉末，得到粉末工作层，然后选择执行打印功能，3D打印机对粉末工作层进行激光扫描，使得被扫描区域内的合金粉末熔化并凝固，采用激光烧结加工技术对材料进行一层层加工，随形水路11随零件模型的形状而进行变化，激光扫描的工作室内为惰性气氛，激光扫描的激光能量密度为90J/mm3，激光扫描的扫描速率为1.5m/s，激光扫描的激光功率为300W，激光扫描的扫描间距为100μm；
C：抛光：取出工件后，用滚筒抛光机对工件表面进行抛光处理；
D：表面处理：然后将工件放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为2h；然后室温下将工件放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行15min超声处理,最后将工件放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；
E：镀层：将经过表面预处理的工件放入镀膜炉中，在真空抽到3×10-3帕时开始粒子轰击，在工件表面用电子束蒸发镀膜方式进行底层膜21镀膜，在底层膜21表面沉积中间膜22，在中间膜22表面沉积表面膜23，底层膜21的厚度为0.3μm，中间膜22的厚度为0.6μm，表面膜23的厚度为0.8μm。
实施例三
一种3D打印pvd模具的加工方法，包括以下步骤：
A：建模；将模具原型和随形水路11通过三维扫描设备扫描得到三维外形尺寸，将三维外形尺寸导入到计算机客户端并再处理获得三维数字模型，将三维数字模型文件导入3D打印成型设备终端，设置打印参数；
B：增材：在3D打印成型设备工作平台上铺设合金粉末，得到粉末工作层，然后选择执行打印功能，3D打印机对粉末工作层进行激光扫描，使得被扫描区域内的合金粉末熔化并凝固，采用激光烧结加工技术对材料进行一层层加工，随形水路11随零件模型的形状而进行变化，激光扫描的工作室内为惰性气氛，激光扫描的激光能量密度为100J/mm3，激光扫描的扫描速率为2.8m/s，激光扫描的激光功率为450W，激光扫描的扫描间距为120μm；
C：抛光：取出工件后，用滚筒抛光机对工件表面进行抛光处理；
D：表面处理：然后将工件放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为3h；然后室温下将工件放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行20min超声处理,最后将工件放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；
E：镀层：将经过表面预处理的工件放入镀膜炉中，在真空抽到3×10-3帕时开始粒子轰击，在工件表面用电子束蒸发镀膜方式进行底层膜21镀膜，在底层膜21表面沉积中间膜22，在中间膜22表面沉积表面膜23，底层膜21的厚度为0.4μm，中间膜22的厚度为0.8μm，表面膜23的厚度为0.9μm。
通过以上三组实施例均可以制得模具，其中第2组实施例制得的模具效果最好，本发明在模具表面进行三层的镀膜工艺处理，能够提高模具的耐磨性、韧性、抗氧化性，提高模具的使用寿命，具有推广应用的价值，本发明克服了传统金属工艺品铸造或者机加工不能实现大尺寸部件的制作而且工艺过程繁琐、成本较高的缺点。
综上所述：该3D打印pvd模具的加工方法，能够根据模具的形状来设计随形水路，通过采用最新的3D打印技术，而不是常规的钻孔工艺，产品能在短时间内达到最有效的冷却，极大地提高了生产效率，降低了产品成本，本发明制得的模具精度较高，粗糙度低，致密度高，硬度高于锻件，抗拉强度优于铸件，工艺简单、操作工序少、耗时少、成型率高、简便快捷，适于批量化和规模化生产，本发明通过对模具进行三层的镀膜工艺处理，在三层镀膜的配合作用下，模具在生产橡胶制品时，不要用脱模剂，无需频繁清洗，模具不会被腐蚀，提高了产品质量，降低了生产成本。
需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种3D打印pvd模具，包括模具本体(1)，其特征在于：所述模具本体(1)呈T形，所述模具本体(1)的两侧表面均设有随形水路(11)，所述模具本体(1)的表面设有镀层(2)。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印pvd模具，其特征在于：
所述随形水路(11)为L形，所述随形水路(11)的边缘为弧形。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印pvd模具，其特征在于：
所述金属镀层(2)由底层膜(21)、中间膜(22)和表面膜(23)组成，所述底层膜(21)为钛金属膜，所述中间膜(22)为镍磷合金膜，所述表面膜(23)为镀氮化硅膜。
4.一种3D打印pvd模具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：建模；将模具原型和随形水路(11)通过三维扫描设备扫描得到三维外形尺寸，将三维外形尺寸导入到计算机客户端并再处理获得三维数字模型，将三维数字模型文件导入3D打印成型设备终端，设置打印参数；
B：增材：在3D打印成型设备工作平台上铺设合金粉末，得到粉末工作层，然后选择执行打印功能，3D打印机对粉末工作层进行激光扫描，使得被扫描区域内的合金粉末熔化并凝固，采用激光烧结加工技术对材料进行一层层加工；
C：抛光：取出工件后，用滚筒抛光机对工件表面进行抛光处理；
D：表面处理：然后将工件放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1-3h；然后室温下将工件放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10-20min超声处理,最后将工件放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；
E：镀层：将经过表面预处理的工件放入镀膜炉中，在真空抽到3×10-3帕时开始粒子轰击，在工件表面用电子束蒸发镀膜方式进行底层膜(21)镀膜，在底层膜(21)表面沉积中间膜(22)，在中间膜(22)表面沉积表面膜(23)。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印pvd模具的加工方法，其特征在于：
所述随形水路(11)随零件模型的形状而进行变化。
6.根据权利要求4所述的一种3D打印pvd模具的加工方法，其特征在于：
所述激光扫描的工作室内为惰性气氛，所述激光扫描的激光能量密度为80J/mm3-100J/mm3，所述激光扫描的扫描速率为0.6-2.8m/s，所述激光扫描的激光功率为160-450W，所述激光扫描的扫描间距为80-120μm。
7.根据权利要求4所述的一种3D打印pvd模具的加工方法，其特征在于：
所述底层膜(21)的厚度为0.2-0.4μm，所述中间膜(22)的厚度为0.5-0.8μm，所述表面膜(23)的厚度为0.6-0.9μm。
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