金盘模具-金属模具制造-硬模(Hard Tooling)通常指的是用间接方式制造金属模具和用快速成形直接加工金属模具。目前有用SLA、FDM和SLS方法加工出蜡或树脂模型,利用熔模铸造的生产金属零件;还有利用SLS方法,选择合适的造型材料,加工出可供浇铸的铸造型腔。
多年来金属直接成型和快速制模技术,主要是选择性激光烧结(SLS)直接制作金属模具。这种烧结件往往都是低密度的多孔状结构,可将低熔点相的金属渗入后直接形成金属模具。
用SLA、SLS、FDM或LOM方法加工熔模铸造中的蜡模,这是目前生产金属零件和金属模具主要的途径之一。对快速造型得到的原型表面进行特殊外理后代替木模,直接制造石膏型或瓷型,或是由RP原型经硅橡胶模过渡转换得到石膏或陶瓷型,再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模具。这也是行之有效的方法之一[8]。
5 激光快速成形技术的应用
激光快速成形(Laser Rapid Prototyping,LRP)是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。与传统制造方法相比具有原型的复制性、互换性高;制造工艺与制造原型的几何形状无关;加工周期短、成本低,一般制造费用降低50%,加工周期缩短70%以上;高度技术集成,实现设计制造一体化。
近期发展的LPR主要有:立体光造型(SLA)技术、选择性激光烧结(SLS)技术、激光熔覆成形(LCF)技术、激光近形(LENS)技术、激光薄片叠层制造(LOM)技术、激光诱发热应力成形(LF)技术及三维印刷技术等。
(1)立体光造形(SLA)技术,又称光固化快速成形技术。美国、日本、德国、比利时等都投入了大量的人力、物力研究该技术,并不断有新产品问世。我国西安交通大学也研制成功了立体光造型机LPS600A。目前,全世界有10多家工厂生产该产品。
(2)选择性激光烧结(SLS)技术,与SLA技术很相似。在汽车模具制造中应用,美国德克萨斯州立大学研究的SLS技术已由美国DTM公司商品化。目前该公司已研制出SLS2000系列第三代产品。
(3)激光熔覆成形(LCF)技术,其工作原理与其他快速成形技术基本相同,区别在于激光熔覆成形能制成非常致密的金属零件,其强度达到甚至超过常规铸造或锻造方法生产的零件,因而具有良好的应用前景。
(4)近形(LENS)技术,将SLS技术和LCF技术相结合并保持了这2种技术的优点。
(5)激光薄片叠层制造(LOM)技术,是一种常用来制作模具的新型快速成形技术。LOM技术制作冲模,其成本约比传统方法节约1/2,生产周期大大缩短。用来制作复合模、薄料模、级进模等,经济效益也甚为显着。技术在国外已经得到了广泛的使用。
(6)激光诱发热应力成形(LF)技术,原理是基于金属热胀冷缩的特性,即对材料进行不均匀加热,产生预定的塑性变形。德国学者M.Geiger及F.Vollertsen等在激光成形与其他加工方法的复合化加工等方面进行了大量研究,目前该技术己被运用于汽车覆盖件的柔性校平和其他异形件的成形等[11]。
其他应用有:激光快速成形技术在功能梯度材料制备上的应用;金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术的应用。基于快速凝固新材料合成与制备的激光表面合金化及激光熔覆表面改性新技术,是提高钛合金等航空金属材料及其高温运动副零部件高温耐磨耐蚀等高温性能的有效方法之一。
国外金属零件激光直接快速成形技术的研究包括激光工程化净成形技术(Laser Engineered Net Shaping,LENS)成形工艺的研究;激光成形(Laser Forming,Lasform)技术成形工艺的研究;直接光学制造(Directed Light Fabrication,DLF)技术成形工艺的研究;形状沉积制造技术(Shape Deposition Manufacturing,SDM)成形工艺的研究;直接金属沉积技术(Direct Metal Deposition,DMD)成形工艺的研究;控制金属堆积技术(Controlled Metal Buildup,CMB)成形工艺的研究;激光辅助制造工艺(Laser Aided Manufacturing Process,LAMP)成形工艺的研究。金属零件激光直接快速成形工艺技术在国际上的广泛应用和迅猛发展,展现了该技术的广阔发展前景,代表了RP技术发展的方向[12]。
国内金属零件激光直接快速成形技术的研究包括基于LENS和DLF原理的成形工艺的研究;基于DMD原理的成形工艺的研究;基于SDM原理的成形工艺的研究;其他激光直接成形工艺的研究。激光熔覆直接快速制造技术将选择性激光烧结技术和激光熔覆技术相结合,能快速成形全密度高性能的金属功能零件,以其独特的优势正引起研究人员和业界人士越来越广泛的关注,具有极其广阔的市场需求与应用前景[13]。
激光快速成形技术的新进展,主要包括金属零件直接成形技术、微纳激光三维成形技术、激光直写三维堆积技术 、复合材料光固化成形技术等。CNC电脑锣加工
结束语
快速成形技术是一种具有广泛应用前景的正在不断完善的高新技术。随着市场竞争的日趋激烈,该技术将会被越来越多的企业所采用,对企业的发展,发挥越来越重要的作用,并将给企业带来巨大的经济效益。同时,快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术,其本身的发展,也将推动相关技术、产业的发展。