熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺制造技术

一种熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺，其特征在于该工艺方法包括下述步骤：　　　　１）在ＣＡＤ数据的直接驱动下采用熔融沉积制造（ＦＤＭ）工艺，制作快速原型件；　　　　２）在ＦＤＭ原型底表面涂覆氯仿，涂覆完毕后，用直径约为５ｍｍ的圆头工具，将松散部分的丝材压实，将原型件置于６０～７０℃的烘箱内放置３０分钟左右后取出；　　　　３）在经氯仿增强处理后的ＦＤＭ原型件表面涂覆Ｆ２３树脂，用竹片或硬橡胶的窄条薄片，将一定比例的二甲苯、Ｆ２３中基料和固化剂混合的树脂在５～８分钟内，均匀刮涂于ＦＤＭ快速原型件表面；　　　　４）待ＦＤＭ原型表面涂覆的Ｆ２３完全固化后，对ＦＤＭ原型件表面进行粗抛光，先用６００目的水磨砂纸打磨原型表面；然后在流水下或在浸没原型的水中，用１０００目的水磨砂纸打磨；　　　　５）将粗抛好的原型件置于６０℃的烘箱中，并打开烘箱内的风扇，１０～１５分钟后从烘箱中取出原型件，待完全冷却后，将汽车修理用的硝基底漆用二甲苯稀释，稀释比例为１０∶１，喷涂于ＦＤＭ原型表面；　　　　６）待喷漆挥发干燥后，将原型件置于真空注型机内，在真空环境下保持５分钟左右，再用上述二甲苯稀释的硝基底漆填补，干燥后，用２０００目的精细水磨砂纸在水流下打磨抛光，待原型件干燥后，用二甲苯与底漆的配比约为１５∶１的稀释底漆喷涂原型表面，漆模干燥后，如果还有细小划痕，可用羊毛抛光毡涂抹抛光剂进一步抛光；　　　　７）以处理后的ＦＤＭ快速原型件为样本，制造硅胶模具，浇注样件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种熔融沉积制造(Fuse Deposition Modeling，以下简称FDM)快速原型件覆模技术与工艺，特别是一种直接基于FDM快速原型件，利用化学及物理的处理方法，使FDM原型件保持原有强度，同时达到较高的表面光洁度，满足硅胶模具制作高质量产品样件需求的一次快速制模方法及工艺，属于机械制造
技术介绍
由于全球化市场竞争的日趋激烈，产品的更新换代速度越来越快，新产品的开发速度成为决定企业命运重要因素。快速成型及快速模具作为加快产品开发速度的重要使能技术，得到工业界普遍重视和广泛应用。利用快速成型技术，设计部门可以进行产品的外观评价、装配检验、设计校核等，从而能在批量制造之前及时发现设计中的缺陷和错误。但现今的所有快速成型工艺均为单件制作，制作成本高，而且每一种工艺制作材质都是有限制的，难以满足客户小批量和特定材质制造的要求。以快速成型技术制作的原型件为模板，利用硅胶快速模具技术就成为解决该问题的最有效途径。由于快速成型采用分层叠加的制造方式，常会在快速原型的表面(尤其倾斜及曲面表面)形成许多细小的台阶。当用硅胶模具复模时，一方面这些台阶就会被转移到硅胶模具的型腔表面，使得用此模具浇注的零件表面质量差；同时这种台阶效应增加了快速原型与硅胶模之间的脱模难度，所以，在制作硅胶模具前，必须对快速原型进行表面抛光等处理。目前，在现有技术中，常用的成熟快速成型工艺有立体光造型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积造型(FDM)等，SLA、SLS制作的快速原型虽然具有较好的表面质量，但强度较低，以此作为原型复制高质量尤其透明件抛光时，极易损害原型表面的形状精度，因此，对于质量要求高的产品零件，常常采用二次复模方法。即用快速成型制作的快速原型件，首先制作一副硅胶模具，托模后浇注一个类似工程塑料的零件，然后对此零件进行精细抛光，再以这个抛光后的零件为母型制作第二副硅胶模具，浇注出所需的零件来。这样的工艺时间长，成本高。FDM所用的材料为ABS工程塑料，制作的原型件虽然具有很好的强度，但表面光洁度是最差的，加之由于丝状堆积带来的基体材质的“各向异性”，所以原型件几乎不能直接打磨、抛光。
技术实现思路
为克服已有技术的不足和缺陷，本专利技术针对熔融沉积制造(FDM)快速原型件的特点和工程实际需求，提出一种一次快速制模方法及工艺，直接基于FDM快速原型件，利用化学及物理的处理方法，使FDM原型保持原有强度，同时达到较高的表面光洁度，满足硅胶模具制作高质量产品样件的需求。本专利技术技术方案的工艺过程如下1、对FDM原型件的机体进行增强处理在三维CAD数据的直接驱动下，FDM工艺制作的原型件常常由于支撑与原型存在接触面、去除支撑材料后，会使原型表面丝材松散，甚至脱离机体，使得后续的表面处理难以有一个坚强的基底。所以在进行原型件表面处理前，涂覆一层三氯甲烷(又称氯仿)，对这些缺陷加以修复，进行增强处理。2、对原型件的表面进行涂覆对经过氯仿增强处理的原型件表面涂覆其它材料，其主要目的是填充快速原型件表面的台阶及微细丝材间隙。对该材料的要求是对ABS材料有一定附着力，不易脱落，但又不能对基体ABS塑料产生溶解侵蚀；材料比ABS稍硬，有利于增强基体，质地致密细腻，便于打磨成光滑的表面；能附着硝基油漆，但不能产生溶蚀；固化时间短；固化后收缩小，不会使原型件变形；对人体安全。经多方研究试验，选用了法国AXSON公司的F23树脂。F23是一种双组份(基料+固化剂)，常温固化的材料，完全固化时间45分钟。固化后为白色，能达到上述对覆模材料提出的要求，使用效果良好。3、对原型件的表面进行粗抛待FDM原型件表面涂覆的F23完全固化后，先后用600目和1000目的水磨砂纸打磨原型件表面，直至其表面无明显划痕。4、表面喷涂将粗抛好的原型件放在烘箱内去处水分后，用二甲苯稀释后的硝基底漆喷涂原型件表面。5、精抛如果要复模的样件是如车灯配光镜等透明零件，还需对原型进行进一步的精抛。6硅胶模具制作与零件浇注以处理后的FDM快速原型件为样本，制造硅胶模具，浇注样件。硅胶模具的制造及零件的真空浇注与一般的工艺相同。产品样件制造是新产品开发中的一个重要环节，对产品的开发进程有决定性影响，本
技术实现思路
涉及一种产品样件的快速制造技术与工艺，能加快产品开发中的样件制造，具有重要的工程实用价值和显著的经济效益。具体实施例方式下面结合一个轿车侧灯配光镜样件的复模处理过程，对本专利技术的具体实施工艺方法做进一步的描述1.在CAD数据的直接驱动下采用熔融沉积制造(FDM)工艺，用ABS工程塑料制作轿车侧灯配光镜的快速原型件。2.对FDM原型件的基体进行氯仿增强处理。在FDM原型底表面涂覆一层三氯甲烷(又称氯仿)，由于三氯甲烷对ABS材料具有融解作用，涂覆时要尽量均匀，不应在表面有沉积。涂覆完毕后，用直径约为5mm的圆头工具，将松散部分的丝材压实。这样的处理一方面使缺陷部分与机体结合紧密，不至于影响后续处理，另一方面也增强了原型件的整体强度，减少硅胶脱模时原型的断裂损坏。上述处理完成后，将原型件置于60～70℃的烘箱内放置30分钟左右，使三氯甲烷充分的渗透入原型机体，同时使残留的三氯甲烷充分挥发。3.对经氯仿增强处理后的FDM原型件涂覆F23树脂。1)配料。根据涂覆表面的大小，按5∶1的比例取F23树脂的基料和固化剂若干，为了降低粘度，增加渗透力，并增长涂覆操作时间，再取树脂总量20～30％左右的二甲苯。将三种原料分别放在三只容器内置于真空注型机中，在真空环境下脱泡10分钟，然后将三者搅拌均匀混合备用。2)涂覆。用竹片或硬橡胶的窄条薄片，将混合均匀的F23刮涂于FDM快速原型件表面，涂覆厚度要尽量均匀，从外观上看，填覆FDM层间微细台阶即可。由于F23双组份混合后的固化速度快，可用时间较短，最好在5～8分钟时间内，涂覆完所配原料。4.粗抛。待FDM原型表面涂覆的F23完全固化后，对FDM原型件表面进行粗抛光。先用600目的水磨砂纸打磨原型表面，直至原型表面没有明显的F23树脂凸起；然后在流水下或在浸没原型的水中，用1000目的水磨砂纸，打磨原型表面直到其表面没有明显的划痕。5.表面喷涂。将粗抛好的原型件置于60℃的烘箱中，并打开烘箱内的风扇，一方面加快原型件表面的水分挥发，同时防止原型受热不均，造成原型件变形。10～15分钟后从烘箱中取出原型件，待完全冷却。将汽车修理用的硝基底漆用二甲苯稀释，二甲苯与底漆的配比约为10∶1，这样可充分保证原型件表面的漆膜厚度均匀。将稀释后的底漆置于气压喷枪内，喷涂于FDM原型件表面，喷涂时，喷枪头要保证与原型件表面保持30～50cm的距离，以保证不冲坏已喷涂在原型件表面的漆膜。如果要复模的是一般的非透明零件，待喷漆挥发干燥后，FDM原型件的处理至此就已完成了。6.精抛。对本实施例中的车灯配光镜是透明零件，还需对原型件进行进一步的精抛。即待喷漆挥发干燥后，将原型件置于真空注型机内，在真空环境下保持5分钟左右，以使漆膜下的微小气泡破裂暴露，将因气泡爆裂留下的表面小坑用上述二甲苯稀释的硝基底漆填补，干燥后，再用2000目的精细水磨砂纸在水流下打磨抛光，待原型干燥后，用二甲苯与底漆的配比约为15∶1的稀释底漆喷涂原型表面，漆模干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严隽琪，习俊通，张鸿梁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：