基于3D打印技术的模具制造工艺的制作方法

本发明属于3d打印用于模具生产技术领域，具体涉及基于3d打印技术的模具制造工艺。

背景技术：

3d打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3d打印技术的制造原理是基于“增材制造”的思想，它与传统的加工工艺通过切削、打磨、冲压等来实现产品成型的过程具有本质区别，仅利用三维设计数据在一台设备上即可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，且无需模具，有效缩短了加工周期，易于实现单件小批量复杂形状产品的快速制造，在非批量化生产中具有明显的成本和效率优势，目前较为主流的3d打印技术有光固化、选择性激光烧结、熔融沉积以及切纸层叠等几种，其中光固化3d打印技术发展最成熟、打印精度最高。

模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。根据结构特点，模具可分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。

中国专利网提出了一种基于光固化3d打印技术的快速精密铸造工艺(公开号为cn104493094a)，该专利节省了模具制造成本，缩短了零件制造周期，提高了产品开发效率，可实现复杂形状零件的快速精密铸造，但是，在制作模具时，仍然首先需要制作模具，然后才能浇注成型，工序较为复杂，一旦原型参数需要修改，则要重新制作模具，降低模具的使用效率。

因此，本技术领域人员提出了一种基于3d打印技术的模具制造工艺，以解决上述背景中提出的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于3d打印技术的模具制造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于3d打印技术的模具制造工艺，包括如下步骤：

s1、建立模型：通过三维建模软件对目标零件进行cad铸造工艺的优化设计，建立目标零件的三维模型；

s2、结构分析：利用3d打印机将步骤s1绘制完成的三维模型图纸打印成型，得到所需模具的三维物理实体，并对打印出的三维物理实体模型进行结构分析，分析结构合理性；

s3、检测：对步骤s2得到的模具的三维物理实体进行密封性检测和加热功能检测；

s4、模拟分析：用cae软件模拟铸造工艺全模拟，记录cae模拟结果与实际状况相符时的物性参数；

s5、产品铸造：结构分析合理，同时cae模拟结果与实际状况相符后进行模具制造，并根据获得的模具进行产品浇筑；

s6、浇筑完成后冷却脱壳，完成模具的制备。

优选的，步骤s1中三维建模软件采用pro/e、ug和solidworks中的任意一种。

优选的，所述进行cae模拟具体包括：首先在cae软件中导入铸件的三维模型和材料属性；再根据实际生产中的工艺设置cae分析参数，对模具铸造过程进行cae模拟。

优选的，步骤s5中产品浇筑的具体步骤为：对目标模具的整体树脂原型进行逐层硅溶胶挂浆撒砂制壳，完成制壳后将目标模具的整体树脂原型及其型壳整体放入高温焙烧炉里在60-90℃的温度下进行高温焙烧，将完成焙烧后的目标模具型壳从高温焙烧炉中取出并浇注熔融金属液，待其冷却后进行震动脱壳，去除包覆在模具外表面的坚硬型壳，将浇注系统切除，再进行铸件后处理，最终制得目标模具。

优选的，所述铸件后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面打磨。

优选的，步骤s6中的产品铸造包括将上砂型、下砂型和砂芯进行合模，形成铸造所需的型腔；根据铸造工艺进行浇注；浇注完成后，将铸型及铸芯取出得到相应的模具铸件。

本发明的技术效果和优点：与现有技术相比：

1、本发明通过利用3d打印技术进行模具设计以及通过cae进行模拟铸造，解决了现有模具制造时间长、成本高的问题，避免了模具的重复制作，可大幅度缩减复杂铸件的模具成本，同时还适用于单件、小批量铸件的生产；省去了模具制造和翻砂造型，可在一定程度上减轻铸件重量，提高了模具的利用效率；

2、通过采用3d打印技术将电脑中设计好的模具结构与型腔一体打印，相比于传统的模具成型方法，省去了成型过程，能够大大缩短模具成型的时间，尤其是面对需求的复合材料制品数量不多、或时间紧迫的情况，本发明的3d打印技术成型模具的方法大大提高了生产效率。

具体实施方式

下面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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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1

本发明提供了基于3d打印技术的模具制造工艺，包括如下步骤：

s1、建立模型：通过三维建模软件对目标零件进行cad铸造工艺的优化设计，建立目标零件的三维模型；

s2、结构分析：利用3d打印机将步骤s1绘制完成的三维模型图纸打印成型，得到所需模具的三维物理实体，并对打印出的三维物理实体模型进行结构分析，分析结构合理性；

s3、检测：对步骤s2得到的模具的三维物理实体进行密封性检测和加热功能检测；

s4、模拟分析：用cae软件模拟铸造工艺全模拟，记录cae模拟结果与实际状况相符时的物性参数；

s5、产品铸造：结构分析合理，同时cae模拟结果与实际状况相符后进行模具制造，并根据获得的模具进行产品浇筑；

s6、浇筑完成后冷却脱壳，完成模具的制备。

具体的，步骤s1中三维建模软件采用pro/e。

具体的，进行cae模拟具体包括：首先在cae软件中导入铸件的三维模型和材料属性；再根据实际生产中的工艺设置cae分析参数，对模具铸造过程进行cae模拟。

具体的，步骤s5中产品浇筑的具体步骤为：对目标模具的整体树脂原型进行逐层硅溶胶挂浆撒砂制壳，完成制壳后将目标模具的整体树脂原型及其型壳整体放入高温焙烧炉里在60℃的温度下进行高温焙烧，将完成焙烧后的目标模具型壳从高温焙烧炉中取出并浇注熔融金属液，待其冷却后进行震动脱壳，去除包覆在模具外表面的坚硬型壳，将浇注系统切除，再进行铸件后处理，最终制得目标模具。

具体的，铸件后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面打磨。

具体的，步骤s6中的产品铸造包括将上砂型、下砂型和砂芯进行合模，形成铸造所需的型腔；根据铸造工艺进行浇注；浇注完成后，将铸型及铸芯取出得到相应的模具铸件。

实施例2

本发明提供了基于3d打印技术的模具制造工艺，包括如下步骤：

s1、建立模型：通过三维建模软件对目标零件进行cad铸造工艺的优化设计，建立目标零件的三维模型；

s2、结构分析：利用3d打印机将步骤s1绘制完成的三维模型图纸打印成型，得到所需模具的三维物理实体，并对打印出的三维物理实体模型进行结构分析，分析结构合理性；

s3、检测：对步骤s2得到的模具的三维物理实体进行密封性检测和加热功能检测；

s4、模拟分析：用cae软件模拟铸造工艺全模拟，记录cae模拟结果与实际状况相符时的物性参数；

s5、产品铸造：结构分析合理，同时cae模拟结果与实际状况相符后进行模具制造，并根据获得的模具进行产品浇筑；

s6、浇筑完成后冷却脱壳，完成模具的制备。

具体的，步骤s1中三维建模软件采用ug。

具体的，进行cae模拟具体包括：首先在cae软件中导入铸件的三维模型和材料属性；再根据实际生产中的工艺设置cae分析参数，对模具铸造过程进行cae模拟。

具体的，步骤s5中产品浇筑的具体步骤为：对目标模具的整体树脂原型进行逐层硅溶胶挂浆撒砂制壳，完成制壳后将目标模具的整体树脂原型及其型壳整体放入高温焙烧炉里在80℃的温度下进行高温焙烧，将完成焙烧后的目标模具型壳从高温焙烧炉中取出并浇注熔融金属液，待其冷却后进行震动脱壳，去除包覆在模具外表面的坚硬型壳，将浇注系统切除，再进行铸件后处理，最终制得目标模具。

具体的，铸件后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面打磨。

具体的，步骤s6中的产品铸造包括将上砂型、下砂型和砂芯进行合模，形成铸造所需的型腔；根据铸造工艺进行浇注；浇注完成后，将铸型及铸芯取出得到相应的模具铸件。

实施例3

本发明提供了基于3d打印技术的模具制造工艺，包括如下步骤：

s1、建立模型：通过三维建模软件对目标零件进行cad铸造工艺的优化设计，建立目标零件的三维模型；

s2、结构分析：利用3d打印机将步骤s1绘制完成的三维模型图纸打印成型，得到所需模具的三维物理实体，并对打印出的三维物理实体模型进行结构分析，分析结构合理性；

s3、检测：对步骤s2得到的模具的三维物理实体进行密封性检测和加热功能检测；

s4、模拟分析：用cae软件模拟铸造工艺全模拟，记录cae模拟结果与实际状况相符时的物性参数；

s5、产品铸造：结构分析合理，同时cae模拟结果与实际状况相符后进行模具制造，并根据获得的模具进行产品浇筑；

s6、浇筑完成后冷却脱壳，完成模具的制备。

具体的，步骤s1中三维建模软件采用solidworks。

具体的，进行cae模拟具体包括：首先在cae软件中导入铸件的三维模型和材料属性；再根据实际生产中的工艺设置cae分析参数，对模具铸造过程进行cae模拟。

具体的，步骤s5中产品浇筑的具体步骤为：对目标模具的整体树脂原型进行逐层硅溶胶挂浆撒砂制壳，完成制壳后将目标模具的整体树脂原型及其型壳整体放入高温焙烧炉里在90℃的温度下进行高温焙烧，将完成焙烧后的目标模具型壳从高温焙烧炉中取出并浇注熔融金属液，待其冷却后进行震动脱壳，去除包覆在模具外表面的坚硬型壳，将浇注系统切除，再进行铸件后处理，最终制得目标模具。

具体的，铸件后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面打磨。

具体的，步骤s6中的产品铸造包括将上砂型、下砂型和砂芯进行合模，形成铸造所需的型腔；根据铸造工艺进行浇注；浇注完成后，将铸型及铸芯取出得到相应的模具铸件。

本发明中实施例1、实施例2以及实施例3之间的区别在于：1、所采用的三维建模软件不同；2、高温焙烧炉的焙烧温度不同。

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。

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