本發(fā)明屬于模具技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鑄造用模具，特別涉及一種基于3d打印的鑄造用模具及該模具的制備方法。

背景技術(shù)：

鑄造模具是指為了獲得零件的結(jié)構(gòu)形狀，預(yù)先用其他容易成型的材料做成零件的結(jié)構(gòu)形狀，然后再在砂型中放入模具，于是砂型中就形成了一個和零件結(jié)構(gòu)尺寸一樣的空腔，再在該空腔中澆注流動性液體，該液體冷卻凝固之后就能形成和模具形狀結(jié)構(gòu)完全一樣的零件。鑄造模具常采用金屬模型或木模型，它們的特點(diǎn)如下：

1.金屬模型通常采用機(jī)械自動化加工，加工精度高、加工周期短，但存在模型重量大、搬運(yùn)困難以及制作成本高等缺點(diǎn)；

2.木模型的制作通常都是靠人工手工制作，通過剪紙樣，量尺寸，做一步，測一步，效率非常低，只要某一步驟制作出現(xiàn)誤差，就會導(dǎo)致整個木模型報廢，需重頭再來；若模型存在復(fù)雜的曲面，對木模師傅的技術(shù)和經(jīng)驗要求非常高，很難做到制作的木模型的曲面與模具要求的曲面完全一致，產(chǎn)品的質(zhì)量得不到保證，故鑄造用的木模型存在精度差、加工效率低、對工人要求高和周期長等缺點(diǎn)。

3d打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，原理是將計算機(jī)設(shè)計出的三維模型分解成若干平面切片，然后將3d打印材料按切片圖形逐層疊加，最終疊積成完整的物體，目前3d打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于3d打印的鑄造用模具及該模具的制備方法，該鑄造用模具采用3d打印技術(shù)生產(chǎn)加工而成，并在3d打印而成的模具內(nèi)部填充多層復(fù)合材料，制備方法簡單，具有加工精度高、加工周期短、重量輕、模具強(qiáng)度高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是：一種基于3d打印的鑄造用模具，包括由3d打印得到的部件ⅰ和部件ⅱ，所述部件ⅰ和部件ⅱ通過燕尾槽連接為一體；所述部件ⅰ和部件ⅱ均為空腔結(jié)構(gòu)，且部件ⅰ和部件ⅱ的平面處設(shè)有灌注開口，所述部件ⅰ和部件ⅱ的空腔由外向內(nèi)依次填充有樹脂纖維層、纖維層和發(fā)泡層。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述部件ⅰ和部件ⅱ的3d打印材料為pla或abs材料，且打印材料熱軟化溫度大于80℃；所述部件ⅰ和部件ⅱ的外表面還涂覆有環(huán)氧樹脂或聚脲涂料。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述樹脂纖維層為緩干樹脂與強(qiáng)化纖維的混合物，其中緩干樹脂為1~20重量份，強(qiáng)化纖維為1~5重量份；所述纖維層是玻璃纖維或碳纖維；所述發(fā)泡層是聚氨酯發(fā)泡膠。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述樹脂纖維層的厚度為0.5~2mm；所述緩干樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂添加緩干劑配制而成，其凝膠時間為5~10分鐘，凝固硬化時間大于30分鐘；所述強(qiáng)化纖維是玻璃纖維或碳纖維，纖維長度為2~10mm。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述聚氨酯發(fā)泡膠的發(fā)泡倍數(shù)為8~15倍。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案是：一種基于3d打印的鑄造用模具的制備方法，包括以下步驟：

（一）使用建模軟件進(jìn)行建模得到鑄造模具的整體模型，將該整體模型切分為通過燕尾槽連接的若干個部件，并將若干個部件分別導(dǎo)出為stl格式文件；

（二）將stl格式文件分別導(dǎo)入切片軟件中進(jìn)行切片處理，用3d打印機(jī)分別打印切片數(shù)據(jù)，得到若干個中空結(jié)構(gòu)的部件；

（三）在步驟（二）所得的每個部件的平面處加工一個直徑為10~20mm的灌注開口，并在每個部件氣體不容易流到的死角部位加工直徑為1~5mm的通氣孔；

（四）分別通過灌注開口向步驟（三）所得部件的空腔內(nèi)填充緩干樹脂與強(qiáng)化纖維的混合物，并搖動部件，使部件內(nèi)壁均勻粘附一層樹脂纖維層，后將多余的混合物倒出；

（五）分別通過灌注開口向步驟（四）所得部件的空腔內(nèi)加入玻璃纖維或碳纖維，使部件內(nèi)的樹脂纖維層表面沾上長短不一的玻璃纖維或碳纖維，形成纖維層；

（六）分別通過灌注開口向步驟（五）所得部件的空腔內(nèi)注入發(fā)泡材料，發(fā)泡材料膨脹后與纖維層以及樹脂纖維層緊密的貼合在一起，形成發(fā)泡層，待發(fā)泡材料冷卻硬化后，再將灌注開口和通氣孔表面刮平，得到若干個部件產(chǎn)品；

（七）將步驟（六）所得的若干個部件產(chǎn)品通過燕尾槽連接，形成鑄造模具的整體模型產(chǎn)品；

（八）用a/b膠對步驟（七）所得的整體模型產(chǎn)品的燕尾槽縫隙處進(jìn)行填補(bǔ)，后在整體模型產(chǎn)品的外表面涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料，再對環(huán)氧樹脂或聚脲涂料層進(jìn)行打磨拋光處理。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：在步驟（四）中，所述樹脂纖維層由1~20重量份緩干樹脂以及1~5重量份強(qiáng)化纖維混合而成，且所述樹脂纖維層的厚度為0.5~2mm；所述緩干樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂添加緩干劑配制而成，其凝膠時間為5~10分鐘，凝固硬化時間大于30分鐘；所述強(qiáng)化纖維是玻璃纖維或碳纖維，纖維長度為2~10mm。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：在步驟（五）中，通過壓縮空氣將玻璃纖維或碳纖維吹入部件的空腔內(nèi)。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟（五）和步驟（六）均在步驟（四）的樹脂纖維層尚未凝固前進(jìn)行。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：在步驟（六）中，向部件的內(nèi)部空腔注入發(fā)泡材料時，發(fā)泡材料填充滿整個部件內(nèi)腔，并對部件外表面進(jìn)行降溫；所述發(fā)泡材料是聚氨酯發(fā)泡膠，且所述聚氨酯發(fā)泡膠的發(fā)泡倍數(shù)為8~15倍。

本發(fā)明基于3d打印的鑄造用模具及該模具的制備方法具有如下有益效果：

1.本發(fā)明一種基于3d打印的鑄造用模具，其模具殼體采用3d打印技術(shù)生產(chǎn)加工而成，并在3d打印而成的模具內(nèi)部填充樹脂纖維層、纖維層和發(fā)泡層，采用發(fā)泡材料將部件的空腔填充滿，不僅能增加部件的硬度及強(qiáng)度，還能大大的降低模具的重量；另外，樹脂纖維層和發(fā)泡層之間還填充有纖維層，纖維層的強(qiáng)化纖維可以進(jìn)一步增加部件的硬度及強(qiáng)度，使得模具部件的強(qiáng)度和硬度都接近木質(zhì)材料、甚至金屬材料的強(qiáng)度和硬度；其制備方法簡單，具有加工精度高、加工周期短、重量輕、模具強(qiáng)度高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)；

2.制備部件時，在部件的外表面還涂覆有環(huán)氧樹脂或聚脲涂料，并對該環(huán)氧樹脂或聚脲涂料層進(jìn)行打磨拋光處理；由于在3d打印部件時，打印材料按切片圖形逐層疊加，各層之間的連接強(qiáng)度較弱，涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料后，可有效增強(qiáng)部件的表面強(qiáng)度，同時還可降低表面粗糙度，提高鑄件的表面質(zhì)量；

3.本發(fā)明的灌注開口設(shè)置在部件的平面處，在向空腔內(nèi)填充復(fù)合材料后，易于對灌注開口處進(jìn)行刮平和打磨處理；

4.本發(fā)明的鑄造用模具在部件氣體不容易流到的死角部位加工有通氣孔，在使用壓縮空氣將玻璃纖維或碳纖維吹入部件的空腔內(nèi)時，壓縮空氣可以順利的帶動玻璃纖維或碳纖維對部件內(nèi)腔的死角進(jìn)行填充，保證纖維的填充厚度均勻。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明基于3d打印的鑄造用模具及該模具的制備方法作進(jìn)一步的說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于3d打印的鑄造用模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示的部件的截面剖視圖；

附圖標(biāo)號說明：1-部件ⅰ，2-部件ⅱ，3-灌注開口，4-燕尾槽，5-樹脂纖維層，6-纖維層，7-發(fā)泡層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種基于3d打印的鑄造用模具，包括由3d打印得到的部件ⅰ1和部件ⅱ2，本發(fā)明部件ⅰ1和部件ⅱ2的3d打印材料為pla或abs材料，且打印材料熱軟化溫度大于80℃；所述部件ⅰ1和部件ⅱ2通過燕尾槽4連接為一體。

本發(fā)明的部件ⅰ1和部件ⅱ2均為空腔結(jié)構(gòu)，且部件ⅰ1和部件ⅱ2的平面處設(shè)有灌注開口3，通過灌注開口3依次向部件ⅰ1和部件ⅱ2的空腔內(nèi)填充樹脂纖維層5、纖維層6和發(fā)泡層7。灌注開口3設(shè)置在部件的平面處，在向空腔內(nèi)填充復(fù)合材料后，易于對灌注開口3處進(jìn)行打磨處理。

本實(shí)施例中，所述樹脂纖維層5為緩干樹脂與強(qiáng)化纖維的混合物，其中緩干樹脂為1~20重量份，強(qiáng)化纖維為1~5重量份；并且，樹脂纖維層5的厚度通常為0.5~2mm。本發(fā)明的緩干樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂添加緩干劑配制而成，也可直接購買市面上的緩干樹脂產(chǎn)品，其凝膠時間為5~10分鐘，凝固硬化時間大于30分鐘；與緩干樹脂混合的強(qiáng)化纖維是玻璃纖維或碳纖維，且纖維長度為2~10mm。在本實(shí)施例中，樹脂纖維層5由10重量份的緩干樹脂與1重量份的強(qiáng)化纖維混合形成，當(dāng)然，緩干樹脂與強(qiáng)化纖維的重量份數(shù)比也可根據(jù)實(shí)際需要選擇配制。

所述纖維層6是玻璃纖維或碳纖維；通過壓縮空氣將玻璃纖維或碳纖維吹入部件的空腔內(nèi)，使部件內(nèi)的樹脂纖維層5表面沾上長短不一的玻璃纖維或碳纖維。

所述發(fā)泡層7是聚氨酯發(fā)泡膠，聚氨酯發(fā)泡膠膨脹后給纖維層6施加壓力，將樹脂纖維層5壓實(shí)，并與纖維層6緊密的貼合在一起，形成發(fā)泡層7。本實(shí)施例的聚氨酯發(fā)泡膠的發(fā)泡倍數(shù)為8~15倍，采用發(fā)泡材料將部件的空腔填充滿，不僅能增加部件的硬度及強(qiáng)度，還能大大的降低模具的重量；另外，樹脂纖維層5和發(fā)泡層7之間還填充有纖維層6，纖維層6的強(qiáng)化纖維可以進(jìn)一步增加部件的硬度及強(qiáng)度，使得模具部件的強(qiáng)度和硬度都接近木質(zhì)材料、甚至金屬材料的強(qiáng)度和硬度。

在本實(shí)施例中，向部件ⅰ1和部件ⅱ2的空腔內(nèi)填充上述復(fù)合材料后，還在部件ⅰ1和部件ⅱ2的外表面涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料，后進(jìn)行打磨拋光處理。由于部件ⅰ1和部件ⅱ2為3d打印制成，3d打印時，打印材料按切片圖形逐層疊加，各層之間的連接強(qiáng)度較弱，涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料后，可有效增強(qiáng)部件的表面強(qiáng)度，同時還可降低表面粗糙度，提高鑄件的表面質(zhì)量。

實(shí)施例2：

一種實(shí)施例1所述的基于3d打印的鑄造用模具的制備方法，包括以下步驟：

（一）使用建模軟件進(jìn)行建模得到鑄造模具的整體模型，將該整體模型切分為通過燕尾槽連接的若干個部件，并將若干個部件分別導(dǎo)出為stl格式文件；

（二）將stl格式文件分別導(dǎo)入切片軟件中進(jìn)行切片處理，用3d打印機(jī)分別打印切片數(shù)據(jù)，得到若干個中空結(jié)構(gòu)的部件；

（三）在步驟（二）所得的每個部件的平面處加工一個直徑為10~20mm的灌注開口，并在每個部件氣體不容易流到的死角部位加工直徑為1~5mm的通氣孔；

（四）分別通過灌注開口向步驟（三）所得部件的空腔內(nèi)填充緩干樹脂與強(qiáng)化纖維的混合物，并搖動部件，使部件內(nèi)壁均勻粘附一層樹脂纖維層，后將多余的混合物倒出；

（五）分別通過灌注開口向步驟（四）所得部件的空腔內(nèi)加入玻璃纖維或碳纖維，使部件內(nèi)的樹脂纖維層表面沾上長短不一的玻璃纖維或碳纖維，形成纖維層；

（六）分別通過灌注開口向步驟（五）所得部件的空腔內(nèi)注入發(fā)泡材料，發(fā)泡材料膨脹后與纖維層以及樹脂纖維層緊密的貼合在一起，形成發(fā)泡層，待發(fā)泡材料冷卻硬化后，再將灌注開口和通氣孔表面刮平，得到若干個部件產(chǎn)品；

（七）將步驟（六）所得的若干個部件產(chǎn)品通過燕尾槽連接，形成鑄造模具的整體模型產(chǎn)品；

（八）用a/b膠對步驟（七）所得的整體模型產(chǎn)品的燕尾槽縫隙處進(jìn)行填補(bǔ)，后在整體模型產(chǎn)品的外表面涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料，再對環(huán)氧樹脂或聚脲涂料層進(jìn)行打磨拋光處理。由于部件在3d打印時，打印材料按切片圖形逐層疊加，各層之間的連接強(qiáng)度較弱，涂覆環(huán)氧樹脂或聚脲涂料后，可有效增強(qiáng)部件的表面強(qiáng)度，同時還可降低表面粗糙度，提高鑄件的表面質(zhì)量。

在本實(shí)施例的步驟（四）中，所述樹脂纖維層由1~20重量份緩干樹脂以及1~5重量份強(qiáng)化纖維混合而成，且所述樹脂纖維層的厚度為0.5~2mm；所述緩干樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂添加緩干劑配制而成，其凝膠時間為5~10分鐘，凝固硬化時間大于30分鐘；所述強(qiáng)化纖維是玻璃纖維或碳纖維，纖維長度為2~10mm。

在步驟（五）中，通過壓縮空氣將玻璃纖維或碳纖維吹入部件的空腔內(nèi)，由于在部件氣體不容易流到的死角部位加工有通氣孔，使得壓縮空氣可以順利的帶動玻璃纖維或碳纖維對部件內(nèi)腔的死角進(jìn)行填充，保證纖維的填充厚度均勻。

所述步驟（五）和步驟（六）均在步驟（四）的樹脂纖維層尚未凝固前進(jìn)行。

在步驟（六）中，向部件的內(nèi)部空腔注入發(fā)泡材料時，發(fā)泡材料填充滿整個部件內(nèi)腔，并對部件外表面進(jìn)行降溫，以防止部件外殼變形融化，避免燒壞部件殼體。該步驟所述的發(fā)泡材料是聚氨酯發(fā)泡膠，且所述聚氨酯發(fā)泡膠的發(fā)泡倍數(shù)為8~15倍。

采用發(fā)泡材料將部件的空腔填充滿，不僅能增加部件的硬度及強(qiáng)度，還能大大的降低模具的重量；另外，樹脂纖維層和發(fā)泡層之間還填充有纖維層，纖維層的強(qiáng)化纖維可以進(jìn)一步增加部件的硬度及強(qiáng)度，使得模具部件的強(qiáng)度和硬度都接近木質(zhì)材料、甚至金屬材料的強(qiáng)度和硬度。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限于上述實(shí)施例列舉的形式，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。