导致模具精度补偿难度离心铸造增加

　　随着国际竞争加剧和市场全球化发展，产品更 新换代加快，多品种、离心铸造小批量成为模具行业的重要生产方式，这种生产方式要求缩短模具制造周期、降低 模具制造成本。 3D打印技术作为一种重要的数字化制造技术， 可以由三维数字模型直接成形任意复杂实体结构， 省去了传统的材料去除制造方法中使用的刀具、 工装、冷却液和其他辅助装置， 在产品单件或小批量生产方面具有显著的成本和效 率优势。因此，3D打印技术广泛应用 于模具工业，推动了复杂结构模具数字化制造的技术进步。

　　在模具直接制造方面，Corcione等以氧化硅/ 光敏树脂混合浆料为成形材料，采用SL技术直接固化浆料来制造铸型生坯，经干燥和烧结获得陶瓷铸型，并铸造铝材零件；Bae等利用SL技术固化氧化硅/丙烯酸酯单体的混合浆料，实现燃气轮机叶片的型芯/型壳一体化陶瓷铸型模具的快速制造。这些制模方法工艺简单，但制造的模具收缩过大、精度不高，同时由于浆料沉淀导致致密度不均匀。

　　目前，SL技术广泛应用于模具的间接制造过程中。美国3D Systems推出了Quick Casting工艺来制造熔模铸造用陶瓷铸型，主要工艺过程为：利用SL工艺制造树脂原型→在原型外涂挂陶瓷浆料→在高温炉内进行脱脂和焙烧后得到陶瓷铸型。3D Systems还推出了用于制造金属模具的Keltool工艺，其工艺过程为：制造SL原型→翻制硅胶模具→在硅胶模具内填充工具钢粉末及粘接剂→脱脂和渗铜→模具。Grolman等以SL原型为母模，以环氧树脂为模具材料，翻制饮料瓶成形用吹塑模具。Beal等首先制造SL模具型壳，并在其内填充混有铝颗粒的环氧树脂，实现金属粉末注射模具的快速制造。

　　西安交通大学研究人员首先采用SL技术制造某复杂航空零件熔模铸造用压蜡模具的型壳，离心铸造其包含了上下模、离心铸造活块1和活块2的型壳，如图2（a）所示；然后在型壳内浇注金属树脂浆料，经固化后制出包含上下模、活块1和活块2的压蜡模具如2（b）所示；图2（c）为压制的蜡型和熔模铸造成形的金属零件。相比SL直接制模方法，SL间接制模方法在实用化方面占有优势，但因增加模具翻制工艺，导致工艺复杂及模具精度控制难度大。

　　目前，工业界主要利用3DP技术直接制造模具。Dippenaar等以石 膏粉体为成形材料，采用3DP技术制造真空辅助树脂传递成形用模具（见图3），并利用该模具制刀片。Junk等以石膏为材料，采用3DP方法制造热塑成形用模具，以压制汽车模型车身顶盖。Budzik[16]采用Zcorp的Z510三维打印机和Zcast 501专用粉体材料，直接制造的砂型模具，用于铸造转子叶片这些制模方法周期短、 工艺简单，但制造的模具精度和表面 粗糙度较差，致密度低、力学性能差。

　　FDM技术主要应用在模具的间接 制造过程中。Idris和Blake等采用FDM方法制作ABS树脂原型，并通过翻模方法制造熔模铸造用砂型模具。Lee等在采用FDM方法制造ABS树脂原型后，通过两种翻模工艺将树脂原型转换为陶瓷铸型，即：

　　FDM间接制模方法的工艺复杂，同时制造的原型精度低于SL原型，导致模具精度补偿难度增加。

　　LOM技术在模具直接制造及间接制造方面均有应用。Tari等采用LOM方法制造树脂传递成形用模具，工艺过程为：

　　①以底层涂覆热塑性粘合剂的纸材为成形材料，利用CO2激光源切割纸材制造模具的单层截面，通过热压辊热压纸材实现各层截面的粘接，以制树脂传递成形用模具；

　　②在对模具进行表面涂覆和打磨后，得到模具成品。利用该模具， 制造了以乙烯基脂为材料的I型梁。离心铸造

　　Wang等 选择美国Helisys的LOM 2030成 形设，离心铸造 以纸材为成形材料，通过LOM及后处理工艺制造弹道的砂型模具。 Mueller等研究了LOM技术在砂型 铸造、 熔模铸造和陶瓷成形方面的应用， 给出了有关的应用案例，如利用LOM原型翻制砂型； 利用LOM原型翻制陶瓷蜗杆注射成形用模具，该模具内部为硅胶外部为金属套；直接制造熔模铸造中的压蜡模具。但是，利用LOM技术制造模具，存在材料利用率和精度低、后处理工艺复杂等问题。

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