CN114290578A - 一种多型面3d打印复合材料成型模具制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热塑性3D打印模具技术领域，更具体为一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法。本发明在模具设计中将两个及以上型面组合到同一个模具不同面上，并预先整合产品型面，使同一模具上产品型面尺寸、曲率和使用次数相近，使用3D打印技术打印模具粗胚后进行CNC精加工得到成品模具，并设计与型面相对于的特殊晶格为多型面模具提供支撑，通过胶结、金属螺栓、榫卯结构、3D打印等一种或多种方法进行来结合模具型面以及支撑晶格，本发明提供了一种模具设计及其制造方法，该方法能在目前3D打印模具基础上进一步节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性3D打印模具技术领域，具体为一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法。
背景技术
热塑性3D打印模具，有制作周期短，制造成本低等优点，目前已经被应用到航空航天，汽车制造等高端领域，以取代一部分钢模、复合材料模具以及代木模具。
现有的3D成型模具制作方法存在的缺陷是：
1、专利文件CN109520810A公开了一种基于3D打印一次制作多组可拼接吻合岩石结构面模具的制作方法，“包括以下步骤：1)两面带表面纹理面的扫描及3D打印，模具盒的模板、附属部件的3D打印，将打印好的基础板块拼接；2)倾斜角度的改变：在计算机建立侧板三维模型时，在侧板上部标注刻度条；根据计算，不同的尺寸的模板倾斜不同的角度对应不同的位移，在中间板垂直于侧板的基础上，根据计算的平移距离，分别向两个方向平移固定条3，由于倾斜角度的变化，中间板需要重新按规定打印。本发明能够同时制作多对试样，或者同时制作多种不同纹理面的试样”；
2、专利文件CN113560603A公开了一种基于3D打印的弯曲钢管成型模具的加工方法，“其包括以下步骤：步骤一，根据需要加工成型的弯曲钢管的形状和长度，通过计算机进行辅助设计，形成弯曲钢管模具的基础模型。步骤二，基于设计出来的基础模型，利用三维制图设计软件进行3D建模，建立弯曲钢管模具的3D模型。步骤三，根据实际需求的弯曲钢管的长度，将建立的弯曲钢管模具的3D模型分割成若干等距或不等距的标准模具节段。步骤四，通过3D打印设备将分割的标准模具节段进行逐一打印，并对其进行编号。步骤五，将相邻的两个编号对应的标准模具节段依次进行焊接。颠覆了以往的传统制造模式，具有精度提升、成本降低、提高摸具制作人员安全性，利于环境保护等多方面综合优势”；
3、专利文件CN109520798A公开了一种基于3D打印的多尺寸、多角度结构面试样拼接式模具的制作方法，“包括以下步骤：步骤1、模板的制作：首先将各基本尺寸模板进行三维建模并导入3D打印机打印；步骤2、模板的拼接：在模板拼接之前，首先确定需要用的模板尺寸，选出所有需要用到的模板；其次在模板的内表面、以及两面带纹理的中间模板的两面均匀涂抹凡士林；最后将各块模板拼接；步骤3、结构面模板的嵌入；步骤4、不同倾斜角度的改变：在计算机建立侧板三维模型之前，模拟结构面不同倾斜角度(0°-30°)的变化对应平移的长度，根据结果在侧板的上表面标出不同角度变化对应的刻度条。本发明利用3D打印制作全套模具，高效便利，可实现结构面不同角度的改变”。
但以目前热塑性3D打印模具制作的情况来看，3D打印模具设计中仍有很大的浪费，整个模具中实际用于产品生产的仅占模具体积30％-50％，浪费仍然很大；针对这种情况，本发明提出了一种提高模具在实际生产产品中体积利用率的方法，进一步节省模具制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，以解决上述背景技术中提出的浪费比较多的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，整个模具的外表面都是模具型面，包括以下步骤：整合需要设计模具的产品；
选取两个或以上的产品提取型面并组合；
设计型面之间的连接；
设计模具支撑晶格；
切片并打印模具粗胚；
CNC精加工处理模具；
将支撑晶格与模具连接。
优选的，所述成型模具为阴模，且在一个模具上至少有两个及以上使用型面。
优选的，将使用面高度、型面曲率和生产次数相近的产品进行分类。
优选的，在三维建模软件中提取使用面高度和型面曲率相近的产品型面，将其制作在同一模具不同方向的面上。
优选的，所述型面之间的连接角度在180°-360°之间，不包含180°，所述型面使用面之间间距10mm以上，所述两个使用型面的铺贴线之间延外表面距离为200-300mm，最终所述设计需要形成一个除上下面以外的闭合模具。
优选的，设计模具支撑晶格，其特征为型面与晶格连接点位于相邻两型面连接处；且晶格肋与肋之间间隔在10-300mm。
优选的，所述3D打印复合材料成型模具及支撑晶格成型材料包括热塑性聚氨酯TPU、尼龙PA、聚碳酸酯PC、聚乳酸PLA、聚醚醚酮PEKK等热塑性材料，水泥，陶泥，纤维增强塑料或改性纤维中的一种。
优选的，将设计完成的模型导入3D打印切片软件进行程序制作，并通过3D打印设备将模具粗胚进行一体打印；将打印完成的模具用CNC进行精加工处理模具。
优选的，所述模具与晶格之间连接方式包括胶结，螺栓连接，3D打印一体成型，榫卯连接等其中一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将多个产品型面设计在同一模具不同外表面，并通过胶结、金属螺栓、榫卯结构、3D打印等一种或多种方法进行来结合模具型面以及支撑晶格，以减少模具制作成本，加快模具生产，以更快的速度满足生产设计需求。
附图说明
图1为本发明中双型面模具第一型面及刻线示意图；
图2为本发明中双型面模具第二型面及刻线示意图；
图3为本发明中双型面模具晶格示意图；
图4为本发明中多型面模具示意图；
图5为本发明中多型面模具正视图；
图6为本发明中多型面模具背视图；
图7为本发明中多型面模具左视图；
图8为本发明中多型面模具右视图；
图9为本发明中多型面模具顶视图。
图中：1、双型面模具第一型面及产品刻线；2、双型面模具第二型面及产品刻线；3、双型面晶格换层点；4、多型面模具正式图型面；5、多型面模具背视图型面；6、多型面模具左视图型面；7、多型面模具右视图型面；8、多型面模具支撑晶格。
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。
实施例一：一种双型面3D打印复合材料成型模具设计及制作方法，请参阅图1至图3，图1和图2为双型面模具的两个不同使用面，图3为模具晶格设计示意图；
将不同产品进行分类，优选出尺寸、曲率及使用次数接近的产品，提取外表面后通过延伸使两组型面处于同一高度后进行组合，本实施例中组合角度为360°，并最终连接形成一个除上下面以外的闭合模具，型面使用面之间间距70mm，两个使用型面的铺贴线之间延外表面距离为270mm；选择适合材料，晶格设计中晶格肋与肋之间间距在105mm，打印过程晶格与型面之间连接点在相邻两型面连接处，本实施例中选择短切碳纤维增强的聚碳酸酯PC-CF，作为打印材料，按照此打印材料进行切片参数设置，线宽18mm,单层打印时间90s，四段打印温度为260℃、275℃、290℃、300℃。并使用3D打印一体成型的方式连接型面与支撑晶格，将切片数据导入3D打印设备进行粗胚打印，将打印完成后的模具粗胚进行CNC精加工。
实施例二：一种多型面3D打印复合材料成型模具设计及制作方法及制作方法；请参照图4至图9，与实施例一不同之处在于选择了4个型面组合在同一个模具上，型面使用面之间间距40mm，组合角度为90°，两个使用型面的铺贴线之间延外表面距离为280mm，得到一个拥有4个不同型面的模具。本实施例中支撑晶格部分采用金属结构，并通过金属螺栓结合结构胶的方式连接型面与支撑晶格。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：整个模具的外表面都是模具型面，包括以下步骤：整合需要设计模具的产品；
选取两个或以上的产品提取型面并组合；
设计型面之间的连接；
设计模具支撑晶格；
切片并打印模具粗胚；
CNC精加工处理模具；
将支撑晶格与模具连接。
2.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：所述成型模具为阴模，且在一个模具上至少有两个及以上使用型面。
3.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：将使用面高度、型面曲率和生产次数相近的产品进行分类。
4.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：在三维建模软件中提取使用面高度和型面曲率相近的产品型面，将其制作在同一模具不同方向的面上。
5.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：所述型面之间的连接角度在180°-360°之间，不包含180°，所述型面使用面之间间距10mm以上，所述两个使用型面的铺贴线之间延外表面距离为200-300mm，最终所述设计需要形成一个除上下面以外的闭合模具。
6.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：设计模具支撑晶格，其特征为型面与晶格连接点位于相邻两型面连接处；且晶格肋与肋之间间隔在10-300mm。
7.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：所述3D打印复合材料成型模具及支撑晶格成型材料包括热塑性聚氨酯TPU、尼龙PA、聚碳酸酯PC、聚乳酸PLA、聚醚醚酮PEKK等热塑性材料，水泥，陶泥，纤维增强塑料或改性纤维中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：将设计完成的模型导入3D打印切片软件进行程序制作，并通过3D打印设备将模具粗胚进行一体打印；将打印完成的模具用CNC进行精加工处理模具。
9.根据权利要求1所述的一种多型面3D打印复合材料成型模具制作方法，其特征在于：所述模具与晶格之间连接方式包括胶结，螺栓连接，3D打印一体成型，榫卯连接等其中一种或多种。
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