文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

石膏型快速模具是一种具有多种功能的制造工艺，可以用于各种形状复杂的零件快速成型、快速制造，广泛应用于模具制造领域。随着我国科学技术和制造业的发展，对石膏型快速模具的需求越来越大，目前国内石膏型快速模具制造技术水平已接近国外先进水平。

在快速原型技术方面，国内企业中有两家公司进行了有关快速原型技术的研究和应用，一家是北京中科伟创科技有限公司，另一家是北京中科威盛科技有限公司，都已在实际工作中取得了很好的效果。

国内企业采用的主要方法是手工制作石膏型模型，并通过复杂的工艺手段来实现模具的制作。

石膏型是由粘土、石灰石和石膏等材料制作而成的一种可成型三维模型的材料。由于石膏型的收缩率很小，所以，成型后的石膏型形状和尺寸精度可以得到保证。

石膏型制作工艺流程：模型表面处理→分层处理→配制粘结剂→浇注固化→成品检查、修整→后处理。根据模具成型方法不同，石膏型又分为注浆型和浇铸型两大类。

（1）注浆型石膏型模具的特点是：成型后的模具形状与铸件尺寸精度高，强度好，表面光洁度好，与铸件结合良好，在加工时不易发生变形。但是这种类型的模具成本高，并且存在着复杂零件和不能用于精密复杂零件的制作。

（2）浇铸型石膏型模具是一种将石膏粉、胶泥等材料注入型腔中制成的一种三维模型，适用于一些复杂曲面和有精度要求的产品的制作。其制造过程与注浆型相似，但也存在着一些不足之处。

在制造石膏型时，常因型腔内表面粗糙，型腔的尺寸精度不能得到保证；浇铸成型后的石膏型表面光洁度较差，对金属铸件的表面质量要求较高；浇铸型石膏型的收缩率大，使成型后的石膏型与铸件之间结合强度差。

为了解决以上问题，通过分析研究和实验探索，采用了一种基于快速原型技术的石膏型制造方法。快速原型技术是20世纪60年代末发展起来的一项快速制造技术，它以高强度塑料为原料，通过成型设备把塑料零件加工成三维模型，然后再用光固化树脂将其固化。

由于快速原型技术具有加工速度快、成本低和可连续生产等优点，使其在模具制造方面得到了广泛的应用。但由于快速原型技术存在着以下缺点：

制造周期长：因为在制造过程中需要使用大量的树脂材料，而树脂材料通常不能在常温下固化，所以就需要较长的制造周期。

精度低：由于快速原型制造技术没有控制精度的方法，所以制造出来的模型无法保证其表面质量。

强度低：由于快速原型技术没有控制树脂材料的固化温度，所以会导致材料在高温下发生变形。

表面粗糙：由于快速原型制造技术使用树脂材料进行成形，所以会导致模型表面粗糙度较高。

该方法采用以塑料为原料制备石膏型模型材料。在用塑料为原料制备石膏型模型时，由于塑料材料可以在常温下固化且不需要控制固化温度等因素，因此可以实现快速原型制作模具模型的目的。

在快速原型技术中，石膏型快速模具是应用最广泛的一种，由于石膏型具有良好的加工性能，且成型方法多样，其工艺过程和成型结果也有多种形式和方法。

为了更好地满足产品的要求，设计人员在确定石膏型模具方案时，需要考虑多方面的因素：①材料的选用；②成型工艺；③成型过程中的影响因素；④成型后模具表面的质量要求。下面主要就这几个方面进行研究。

材料选择：材料是模具设计和制造中最基本和最重要的因素之一，选择合适的材料对模具的制造至关重要。

一般情况下，可以选用石膏、金属粉末、陶瓷粉末、粘土等作为材料。但是在实际工作中，一些特殊要求如批量生产中要求产品质量不高或存在一些特殊缺陷，则应采用一些新型材料或特殊工艺技术。

成型工艺：石膏型快速模具制作过程中成型工艺也是影响模具质量和精度的一个重要因素。在实际工作中，可以采用一些新的成型方法或技术来改善其性能。

成型过程中的影响因素：石膏型快速模具成型过程中影响其性能和精度的主要因素有以下几个：①石膏型成型材料的选择；②石膏型成型工艺和方法；③石膏型成型过程中存在的问题及对策。

表面质量要求：表面质量是衡量石膏型快速模具制造技术水平高低最重要也是最基本的要求，这一点对模具设计和制造人员来说尤为重要。目前，对于模具表面质量要求一般包括尺寸精度、粗糙度、表面光洁度三个方面：

尺寸精度：主要包括产品轮廓尺寸和内部尺寸两方面。轮廓尺寸：主要是指模具的轮廓尺寸，一般要求模具轮廓尺寸尽可能地小，以保证产品的几何精度和装配精度。

内部尺寸：主要是指产品内部的几何结构尺寸，即在模具制造过程中，通过设计和加工使模具的形状与产品内部结构相吻合，保证产品在生产过程中的装配精度。

表面粗糙度：主要是指模具表面的光洁度，即模具表面应具有一定的光洁度，以保证产品在生产过程中不会出现毛刺或其他毛刺，使产品表面光滑、平整。

为了满足上述要求，基于快速原型技术的石膏型快速模具制造技术可以根据产品结构特点选择合适的工艺方法和材料。在快速原型技术中，石膏型快速模具是主要应用的一种类型。

目前石膏型快速模具制造技术主要包括：①石膏型快速原型制造技术；②石膏型三维数字模型打印技术；③石膏型三维数字模型制作技术；④石膏型三维数字模型切割与打磨技术。

以上这些方法中，其中应用比较广泛和成熟的是基于快速原型技术的石膏型快速模具制造技术。

对于基于快速原型技术的石膏型快速模具制造工艺方法，国内外研究者做了大量的研究工作，例如：

①利用直接3D打印技术来制造模具，它包括：直接3D打印设备、材料以及工艺等内容。

②采用直接3D打印制作模具，它包括：激光烧结、喷射沉积、选择性激光烧结、粉末冶金等工艺。

③采用激光烧结和选择性激光烧结相结合的方法制作模具，它包括：选择性激光烧结和粉末冶金。

石膏型快速模具制造技术是目前国际上先进的一种快速成型技术，通过与激光快速成型（SLA）、快速制造（RP）等先进技术的集成与互补，在新产品开发、工业设计、模具制造等领域得到广泛应用。

近年来，石膏型快速模具制造技术的应用研究引起了国内外相关学者和企业的广泛

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