[科普中国]-集成化快速模具制造

快速模具制造技术是一种相对较为新型化的模具制造技术。集成化快速模具制造是指借助于计算机技术、激光技术、数控技术、精密传动技术等现代手段将计算机辅助设计与计算机辅助制造集成于一体，根据在计算机上构造的产品三维模型，能在很短时间内直接制造出产品的样品，无需使用传统中的刀具、夹具和模具，从而缩短了产品开发期，加快了产品更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。

简介集成化快速模具制造是一项集成了多项技术手段的复合型技术，其所包含的内容领域众多，如计算机控制技术、激光技术等许多前沿技术。已经被广泛应用在了制造业的众多分支领域内，为推动制造业的规模化发展提供了巨大的基础支持。集成化快速模具制造基于直接或者间接离散及堆积原理，将形状十分复杂的模具在短时间内制造完成，同时这也是快速模具制造技术研究的重点内容。集成化快速模具制造的一个优点是：对于更复杂的设计，快速模具制造技术也是完全可能办到的。由于快速模具制造在方法上基本上是印刷技术。它们允许模型再次成型。用其他方法将不可能实现这些工作。例如，冷却线可以放置在符合模具设计的确切位置上。在薄片形模具方面，直接创建这些符合要求的冷却线，能带来更好的热能管理和产生更好的模具。

方法直接制模法

此种制模方法有着较为巨大的发展潜力。其主要是通过把 CAD 绘制图纸内的各项数据信息准确反映到所要制作的模具当中并以此来完成对模具的精度控制。这一方法在制作周期方面相对较短，效率更高，因此也就能够实现对模具生产效率与成本资金的大幅度降低，确保模具性能与精度能够保持较高的水准，市场前景看好。然而同时也应当认识到，当前国内关于直接制模法的研究还相对较为浅显，在实际的生产阶段当中对模具表层精度很难做到精准掌控，在性能上也无法满足于高标准的稳定性妖气，由此也将会导致直接制模法很难达到大规模化生产的要求。

我国所普遍采用的直接制模法主要有热源熔积、激光烧结、3D 打印等方法。热源熔积方法是采用等离子来进行模具生产；激光烧结是通过以激光为热源来开展模具生产；3D 打印则是通过喷射成型的方式达到模具生产的目的。考虑到这些方法均是基于堆积成型的原理基础之上，在磨具生产时其必定会出现表层阶梯效应，导致模具精度与耐久性难以达到标准要求，从而也就很难实现大规模的批量化生产。

间接制模法

与直接制模法相比间接制模法更加成熟，当前在实际应用方面具备较强竞争力的快速模具制造技术主要包括了电铸、烧结、铸造、熔射等间接性的制模方法。

间接制模法可采用 CAD 绘图信息内的数据资料来完成对模具快速化原型的制造，亦或是通过部分实物模型来对金属模具进行间接性的复制。间接制模法的应用范围更加广阔，同时对工艺过程的要求也相对不高，因此在实际应用方面较为简便可以实现大规模的批量化生产，并可有效满足于快速变化的市场需求。然而其也存在着一定的缺陷问题，即制造出的模具精度较低，周期较长，而且受制于材料与环境因素的影响，模具的整体性能相对偏低。对此，就加大对高精度、高性能快速模具制造技术的研究将是未来的主流趋势，工艺过程相对较为简便的模具制造方法也必将会成为未来发展的一个主要方向。进一步加强对模具的精度与质量研究，促使模具能够具备更加良好的耐久性并制造出更加复杂化的模具将是未来的主要研究重点1。

应用前景快速模具制造技术是一种相对较为新型化的模具制造技术，这一技术的发展对于制造行业而言有着里程碑式的重要意义。已经被广泛应用在了工业生产的多个专业领域内，例如汽车工业、航空航天等领域。通过对快速模具制造技术当中金属模具的应用可以实现高效化的生产作业，有助于企业实现经济效益的全面提升。

在汽车工业领域当中，覆盖件材料相对较为纤薄且规格尺寸相对较大，外形也不尽相同，因此对于质量标准有着较高的要求。而通过对快速模具制造技术的应用，则可以使现实对覆盖件的个性化设计，相较于以往的数控铣加工方式而言，不但能够大大缩减投资成本与降低安全风险，而且生产周期也能够得到大幅度的段，所制造出的模具产品质量更高，因此其在未来必将拥有十分广阔的发展前景。

快速模具制造技术在航空航天领域也有着广泛应用，如新式火箭发动机泵壳元件制造采用快速模具技术后可完全依据标准要求进行塑料样件的生产，母模则可采用硅胶翻制予以定型，在将母模固定于铝标准框加内再将准备好的硅橡胶进行浇筑，静置 18h 左右后便可取出母模，一件合格的泵壳铸件便可完成制造。

传统模具发展的瓶颈传统的模具制造要用到车削、铣削、刨削、钻削、磨削、镗削与电火花等加工方法，才能得到所需的模具形状和尺寸。随着人们生活水平的不断提高，对产品的复制程度和精度也提出更高要求，相应的模具上常常有一些复杂的特征与自由曲面，精度与表面质量要求较高，所以设计与制造周期较长，成本较高。要设计和制造出一副合格的模具，往往需要经过由设计、加工到试模的多次反复，也导致了模具制作成本高、周期长，而且精度不易保证，有时甚至造成模具的报废。应该指出的是，由于数控机床、加工中心、柔性制造系统以及高速切削等先进技术的发展，能使模具的加工周期缩短，每道工序的工艺并无重大改变，仍然存在调整时间长、难以自动生成复杂刀具轨迹、成本高等问题。

传统的模具制造方法由于其自身固有的生产周期长、投入风险高、产品改进困难等缺点，在一定程度上成为企业在市场竞争发挥活力的制约因素。随着市场竞争的日趋加剧，要求企业必须能快速响应市场和用户的需求，促使工业产品的生产模式由传统的大、中批量向具有灵活、易变性和快速反应能力的中、小批量转变。当产品的生产批量较小时，模具的制作工时与成本分摊在每件产品上的数额就更大，上述问题就更为突出。所以必须要寻求快速制造模具的新方法2。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学