[发明专利]一种基于3D打印技术的模具及其成型方法

说明书

本发明提供一种基于3D打印技术的模具，包括由3D打印成型的模具本体，模具本体具有密封型腔；密封型腔由型腔壁构成；型腔壁为双层密封结构，双层密封结构包括内表层和外表层，内表层用于形成密封型腔，外表层用于形成模具本体的外壁；内表层和外表层之间设置有介质管路；介质管路为若干根，沿型腔壁的延伸方向分排布置，且介质管路的管壁与内表层、外表层为一体结构；若干根介质管路相互连通，且连通后的介质管路的进口端和出口端均位于模具本体的外表面，进口端和出口端连接模温机。本发明还提供了上述模具的成型方法。本发明的基于3D打印技术的模具及其成型方法能够大大缩短模具成型的时间，还能够将模具的加热功能在成型时同时实现。

技术领域

本发明涉及复合材料模具领域，尤其涉及一种基于3D打印技术的复合材料模具。

背景技术

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。合模时，凡具有用来填充金属或非金属材料、成形金属或非金属材料空间，即带有弄腔的模具，称之为型腔模。

复合材料模具是指用于成型复合材料构件的模具，其相比于金属成型模具，对于累积公差的要求更加严格，模具与零件贴合面尺寸的差异取决于模具的类型及其膨胀特性，复合材料零件的最后尺寸是基本最高固化温度下的尺寸。

传统意义上，复合材料模具加工时需要先成型一个阳模，阳模可以采用木头、水泥、石膏、复合材料成型，然后在阳模基础上再翻制得到一个阴模，即通常所说的模具；对于具有加热功能的模具，在制备模具的过程中，需要铺覆铜管或者电加热丝以赋予其加热功能属性。该传统的模具成型技术路线具有时间长、成本高的缺点；当面对需求的复合材料制品数量不多、或时间紧迫的情况，阳模成型这一中间过程步骤大大影响了生产效率；尤其是对于需要制作具有加热功能的模具时，铺覆铜管或者电加热丝则进一步影响了生产效率。

3D打印技术属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术(即“积层造形法”)。3D打印技术包括三维设计过程和打印过程，其中：3D打印的设计过程是先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印；设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式；一个STL文件使用三角面来大致模拟物体的表面；三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件；打印过程是打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体；这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品；打印机打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如Objet Connex系列还有3D Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用3D打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于3D打印技术的模具，以及制备该模具的成型方法，能够大大缩短模具成型的时间，还能够将模具的加热功能在成型时同时实现。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：