基于3D 打印技术的模具制造

3 、模具型芯的3D 打印

　　3D 打印已发展到十余种工艺方法，如光固法（SLA）、激光烧结法（SLS）、喷粒法（BPM）、掩层叠法（LOM）、模固化法（SGC）、熔融沉积法（FDM）等  ，本次采用熔融沉积法（FDM）进行加工。熔融沉积（Fused Deposition Modeling，简称FDM）又叫熔丝沉积，是将丝状热熔性材料熔化，通过喷头喷出熔化材料，喷头可沿XY 平面移动，按分层截面形状沉积在底板上，根据分层多少逐层加工，最后加工出所需零件。熔融沉积法的优点是成型材料成本低，无异味，成型零件机械性能较好，强度较高；缺点是成型精度不高，不宜制作复杂精细结构 。

图4 HTS-300 快速成型机

　　3.1 所用设备情况

　　选用HTS-300 快速成型机，如图4 所示，它是由龙门式机架，可沿Y 方向移动的工作台、可沿X方向与Z 方向移动的成形头、控制系统与送丝机构等组成，其系统原理图如图5 所示。其中，步进电机同时驱动连接成形头内的螺杆和送丝机构，当步进电机获得外部计算机指令后，驱动螺杆，同时，又通过齿轮传动将塑料丝通过送料辊送入成形头，在成形头中的电热棒会将塑料丝加热呈熔融状态，靠螺杆的挤压下，通过铜质喷嘴涂覆在工作台上。与此同时，外部计算机将导入的三维模型沿高度方向进行分层切片，将每一层的轮廓数据传输给控制系统，此系统驱动工作台与成形头沿XY方向做合成运动，从而使涂覆并凝固在工作台上的塑料形成工件相应的截面轮廓。完成一层的涂覆后，成形头上升一个截面层的厚度（通常约为0.1mm~0.2mm），然后重复进行下一个截面轮廓的涂覆，直至完成整个工件的成形。

图5 HTS-300 系统原理图

　　3.2 3D 打印加工过程

　　3.2.1 STL 格式文件的准备

　　STL 格式文件是目前3D 打印所应用的标准文件类型，这种3D 打印成形系统默认的STL 标准格式文件由一系列小三角形的网格数据组成，这些小三角形网格就构成了三维实体的形状和尺寸。小三角形必须是闭合的，它们的任何错误都可能导致切片过程的失败或工件的缺陷。

　　3.2.2 安装成形材料

　　在加工前，必须将卷筒状丝料（ABS）安装在固定位置上，并将一端拉出，使其通过送料辊和导向套进入加热室。

　　3.2.3 打开设备控制软件（HTS 系统）

　　打开外围电脑上的控制软件HTS 系统，将STL文件导入。设备在软件打开后，会进行自动检测并初始化，其界面如图6 所示。

图6 HTS 控制软件系统界面

　　3.2.4 参数设置

　　在加工新产品前，必须对成型过程技术参数进行设置。为此，读入模具型芯STL 文件后，便进行工件加工参数的设置，其工件参数设置如图7 所示。

　　3.2.5 加工时间估算

　　设定完工件加工参数后，系统会自动计算本次加工的时间约为2.1h，如图8 所示。进行3D 打印。最终打印的产品如图9 所示。

4 结束语

　　随着3D 打印技术的不断发展和成熟，3D 打印技术必然会用于模具制造领域。该技术抛弃了传统的刀具、工装夹具和机床即可制造出所需产品；可以精确、快速地将提前设计好的模具3D 模型加工生产出来，缩短了产品开发周期，节约了生产成本，实现了绿色模具、快速模具制造。