本發(fā)明涉及一種3D打印模具及其制造方法，尤其涉及一種帶有冷卻水路的3D打印模具。

背景技術(shù)：

近幾年，俗稱3D打印技術(shù)的快速成型加工技術(shù)在我國得到快速發(fā)展應(yīng)用，尤其是該技術(shù)中的金屬粉末選擇性激光燒結(jié)技術(shù)或選擇性激光熔化技術(shù)嘗試應(yīng)用在了注塑模具零件制造中，極大的縮短了模具制造周期，使模具開發(fā)設(shè)計(jì)更加合理。

對于傳統(tǒng)加工方式無法加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，可以采用3D打印技術(shù)快速成型，并且模具中冷卻系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)可以被改變，使其更加貼近型腔面的外形輪廓，不受零件的形狀和結(jié)構(gòu)的限制，最大化實(shí)現(xiàn)冷卻流道系統(tǒng)的合理化設(shè)計(jì)和布局，從而達(dá)到均勻冷卻或保溫的效果，縮短注塑循環(huán)周期中的冷卻時(shí)間，使塑料件在成型腔內(nèi)快速成型，降低脫模后產(chǎn)品的收縮變形率，大大提高了成型產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。這種通過3D打印快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)的模具冷卻水路系統(tǒng)隨產(chǎn)品外形變化而變化的水路被稱作隨形冷卻水路，又叫異型水路。

圖1A和圖1B示出了帶有隨形冷卻水路的模具。從圖1A可以看到，隨形冷卻水路1貼近成型腔2的型腔面布置，從圖1B上可以看到，水路離成型腔2的表面的距離基本保持一致。整個(gè)隨形冷卻水路1呈現(xiàn)彎曲的布置形狀。

3D打印成型的隨形冷卻水路實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜多變的走向。然而，由于模具在使用過程中對冷卻水質(zhì)有非常高的要求，必須使用純凈水，但國內(nèi)成型制造企業(yè)目前大多不具備相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境，故容易在水路里形成水垢，在模具保養(yǎng)維護(hù)過程中清洗困難，容易造成水路變窄或堵塞，從而直接導(dǎo)致冷卻效果變差、成品的廢品率升高。

目前，在應(yīng)用這些模具的工業(yè)化生產(chǎn)中，對冷卻水路的堵塞往往是采用縮短保養(yǎng)周期、定期清理水垢來處理，因此，對3D打印的隨形冷卻水路的堵塞有必要尋求新的解決辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種3D打印模具，該3D打印模具包括由3D打印成形的模具本體，該模具本體具有成型腔和隨形冷卻水路，其中成型腔具有型腔面，隨形冷卻水路靠近型腔面并沿著型腔面的至少一部分的形狀布置，并且隨形冷卻水路具有位于模具本體的外表面的進(jìn)水端口和出水端口，其中模具本體中還設(shè)有至少一個(gè)清潔通道以及封堵清潔通道的止水栓，清潔通道從模具本體的外表面連通到隨形冷卻水路中的一個(gè)位置，并且清潔通道呈直線形。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，型腔面包括至少一個(gè)異形型腔面，隨形冷卻水路包括沿異形型腔面布置的曲線形水路，其中清潔通道布置成從模具本體的外表面連通到曲線形水路的一端。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，隨形冷卻水路包括圓形截面的管路，管路的各截面中心到成型腔的型腔面的距離基本一致。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，管路的直徑為D，管路的各截面中心到成型腔的型腔面的距離為b，b與D的比值在1.5-2的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，模具本體包括多個(gè)清潔通道，每一個(gè)清潔通道從模具本體的外表面連通到隨形冷卻水路的不同位置，并且每一個(gè)清潔通道配設(shè)有止水栓。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，清潔通道的截面大小與隨形冷卻水路的截面大小基本一致。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，在模具本體上，設(shè)置清潔通道的表面與設(shè)置進(jìn)水端口和出水端口的表面是不同的。

此外，本發(fā)明還公開了形成上述3D打印模具的方法，該方法包括通過3D打印一體成形模具本體中的隨形冷卻水路和清潔通道。

在根據(jù)本發(fā)明的方法，固定到清潔通道的止水栓通過機(jī)加工成形。

較佳地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在3D打印進(jìn)行之前，設(shè)計(jì)帶有隨形冷卻水路和清潔通道的模具；在模具的3D打印完成之后，將模具從底板上切割移除；對隨形冷卻水路和清潔通道進(jìn)行清粉處理；以及對模具進(jìn)行熱處理以去除應(yīng)力。

采用根據(jù)本發(fā)明的3D打印模具，其中的冷卻水路可以通過清潔通道很容易地通達(dá)，由此，利用工作可以將冷卻水路中的水垢徹底清除。

而采用根據(jù)本發(fā)明的制造3D打印模具的方法，可以便利地制造出這種冷卻水路容易清潔的模具，并且制造成本不會增加。

附圖說明

圖1A示出了現(xiàn)有技術(shù)中具有隨形冷卻水路的模具有立體圖。

圖1B為圖1A所示模具的側(cè)視圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的3D打印模具的立體圖。

圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的3D打印模具的立體圖。

圖3B為圖3A所示模具的俯視圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的止水栓的截面圖。

圖5A和圖5B分別以俯視視角和正視視角示出了用毛刷清潔隨形冷卻水路的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

第一實(shí)施例

圖2示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的3D打印模具10的立體圖。所謂3D打印模具10，即是指通過3D打印的方法制造而成的模具10。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造“減材加工”技術(shù)相比，它是一種“增材加工”技術(shù)，通常是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型為實(shí)體產(chǎn)品。目前，主要的3D打印技術(shù)包括熱熔堆積成型、光固化成型、三維粉末粘結(jié)成型、選擇性激光燒結(jié)成型等。本發(fā)明中的3D打印模具可以采用上述多個(gè)類型的3D打印技術(shù)中的任何一種來制造成形。

如圖2所示，3D打印模具10包括由3D打印成形的模具本體11，模具本體11具有凹入的成型腔12和隨形冷卻水路16，其中成型腔12具有型腔面121，而隨形冷卻水路16靠近型腔面121并沿著型腔面121的至少一部分的形狀布置。隨形冷卻水路16具有位于模具本體11的外表面的進(jìn)水端口161和出水端口162，在圖2所示的示例中，進(jìn)水端口161和出水端口162形成在同一外表面上，更具體而言，兩個(gè)端口161、162形成在與成型腔12相對一側(cè)的外表面上。如果需要，進(jìn)水端口161和出水端口162中也可以形成在模具不同方位的外表面上。

特別地，圖2所示的模具本體11中還設(shè)有清潔通道18，這些清潔通道18從模具本體11的多個(gè)外表面連通到隨形冷卻水路16中的一個(gè)位置，如圖2所示，清潔通道18連接到隨形冷卻水路16的端部，但可以理解，隨形冷卻水路16的其他位置可作用連接清潔通道18的連接部位。在本實(shí)施例中，清潔通道18基本呈直線形，即從模具本體11的外表面到接入隨形冷卻水路16位置的一段清潔通道設(shè)置成直線形。較佳地，清潔通道18的截面形狀與隨形冷卻水路16的一致。較佳地，清潔通道18的端口181設(shè)置在與隨形冷卻水路16的進(jìn)水端口161和出水端口162不同的模具本體11的表面上，這樣，通過清潔通道18的端口181進(jìn)入的毛刷可以達(dá)到與通過水路16的進(jìn)出水端口161、162所能達(dá)到的水路部分不同的水路部分，從而可以實(shí)現(xiàn)對隨形冷卻水路16更徹底的清潔。

此外，模具10還包括封堵清潔通道18的止水栓50，例如如圖4所示。止水栓50密封地封堵清潔通道18，從而防止其中的冷卻水流出冷卻水路16。較佳地，止水栓50與清潔通道18中的連接可采用螺紋連接結(jié)構(gòu)，止水栓50的圓柱外周設(shè)置外螺紋，而清潔通道18的至少一段設(shè)置有與之相匹配的內(nèi)螺紋。其他可實(shí)現(xiàn)流體密封的連接結(jié)構(gòu)也可用作止水栓50與清潔通道18的連接結(jié)構(gòu)。與模具本體11采用3D打印方法制造不同，圖4所示的止水栓50較佳地由機(jī)加工的方法制造。

3D打印模具10中的隨形冷卻水路16應(yīng)當(dāng)根據(jù)成型腔12的形狀設(shè)置布置。通常，隨形冷卻水路16為包括圓形截面的管路，并且管路的各截面中心到模具本體11的成型腔12的型腔面121的距離基本一致，即，構(gòu)成一種“隨形”狀態(tài)。管路的直徑D和截面中心到型腔面的距離b優(yōu)選地設(shè)定為b與D的比值在1.5-2的范圍內(nèi)。

本發(fā)明特別適用于那些具有復(fù)雜形狀的隨形冷卻水路16的3D打印模具10。復(fù)雜形狀的隨形冷卻水路16通常與異形型腔面121對應(yīng)設(shè)計(jì)布置。這里通常所指的異形隨形冷卻水路特別包括如下形狀的冷卻水路16，即，冷卻水路16中至少有一部分無法由清潔工具經(jīng)由進(jìn)水端口161和出水端口162通達(dá)。通常，水路16至少一部分沿著曲線延伸，并且曲線具體至少兩個(gè)不同的曲率半徑，或者水路16至少一部分沿具有多個(gè)折角的折線延伸。

優(yōu)選地，清潔通道18的端口181所在的模具本體11的外表面與設(shè)置進(jìn)水端口161和出水端口162的外表面是不同的表面。如在圖2所示的實(shí)施例中，進(jìn)水端口161或出水端口162設(shè)置在模具本體的底面上，而兩個(gè)清潔通道18的兩個(gè)端口181分別設(shè)置在模具本體11的兩個(gè)側(cè)面上。

第二實(shí)施例

接著，結(jié)合圖3A和圖3B描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。

第二實(shí)施例的3D打印模具20同樣也具備一個(gè)模具本體21，大致呈立方體形，該模具本體21具有頂面、底面和四個(gè)側(cè)面。在模具本體21的頂面?zhèn)刃纬闪艘粋€(gè)凹入的成型腔22，成型腔22的型腔面221是異形的。模具本體21內(nèi)部設(shè)有曲折的隨形冷卻水路26，該冷卻水路26具有進(jìn)水端口261和出水端口262，這兩個(gè)端口261、262均設(shè)置在3D打印成形的模具本體21的底面上。結(jié)合圖3A和圖3B可以理解，隨形冷卻水路26從進(jìn)水端口261開始沿直線延伸一段(這一段又可被稱為引入段)距離后到達(dá)靠近型腔面221的位置，隨后，水路26的第一部分266沿著型腔面221的形狀從成型腔22的一側(cè)延伸到成型腔22的另一側(cè)，接著，冷卻水路26折返180度形成從成型腔22的另一側(cè)延伸到成型腔22的一側(cè)的第二部分267，然后，冷卻水路26再次折返180度形成從成型腔22的一側(cè)延伸到成型腔22的另一側(cè)的第三部分268，最后，隨形冷卻水路26通過直線形的、朝向底面的引出段通向出水端口262。優(yōu)選地，冷卻水路26的第一部分266、第二部分267和第三部分268基本平行且均勻間隔分布。冷卻水路26優(yōu)選地為具有圓形截面的管路。

為了便于清潔這條冷卻水路26，在模具本體21的四個(gè)側(cè)面上設(shè)置了共計(jì)8段的清潔通道28，從圖3B中可以清楚地看到，其中圖示左右側(cè)的各三段清潔通道28可從外表面直接通達(dá)第一、第二和第三部分冷卻水路266、267、268，而圖示上下側(cè)的兩段清潔通道分別從外表面通達(dá)折返段。每一個(gè)清潔通道28均流體密封地可設(shè)置如圖4所示的止水栓50。每個(gè)段清潔通道28都大致呈直線形。每一個(gè)清潔通道28具有與隨形水路26基本同樣形狀和大小的截面。應(yīng)當(dāng)理解，清潔通道28的設(shè)置數(shù)量沒有限制，但為了保護(hù)3D打印模具的強(qiáng)度，優(yōu)選地，清潔通道28的數(shù)量應(yīng)在能夠滿足隨形冷卻水路26清潔要求的前提下設(shè)置地盡量少。此外，在第二實(shí)施例中，清潔通道28的端口設(shè)置在與隨形冷卻水路26的進(jìn)水端口261和出水端口262不同的模具本體21的表面上，具體而言，清潔通道28的端口設(shè)置地模具本體21的側(cè)面上，而隨形冷卻水路26的進(jìn)水端口216和出水端口262設(shè)置在模具本體21的底面上。

結(jié)合圖5A和圖5B可以理解如何利用清潔通道28對隨形冷卻水路26的各部段進(jìn)行清潔。通常，可以使用可撓曲的毛刷60對冷卻水路26進(jìn)行清潔。在需要清潔冷卻水路26時(shí)，首先需拆下止水栓50，隨后將毛刷60從清潔通道28的端口通過達(dá)到盡可能內(nèi)部的冷卻水路26位置進(jìn)行清潔作業(yè)。毛刷60通過每一個(gè)清潔通道28插入，從而對冷卻水路26的不同部位進(jìn)行清潔、去除冷卻水路26內(nèi)部的水垢。毛刷60優(yōu)選地可以具有與冷卻水路26的內(nèi)徑大致相等或稍大的直徑。

根據(jù)本發(fā)明，模具本體21是通過3D打印的方式形成的，其中的異形的隨形冷卻水路26和清潔通道28在模具本體21的3D打印成形過程中一體形成，整個(gè)模具本體21無需再利用其他的機(jī)加工手段進(jìn)行再加工。

通常，在3D打印進(jìn)行之前，需要根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)帶有隨形冷卻水路26和清潔通道28的模具20，然后可以通過模流分析完善模具20的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行3D打印時(shí)，選擇合適的金屬粉末材料在3D打印設(shè)備的底板上3D打印成一體的模具，隨后將模具從底板上切割移除。接著，對模具中的隨形冷卻水路和清潔通道進(jìn)行清粉處理，然后，再對模具進(jìn)行熱處理，以除去模具的內(nèi)部應(yīng)力。在熱處理完成之后，根據(jù)需要還可進(jìn)行表面噴砂處理。為防止隨形冷卻水路生銹，可以在隨形冷卻水路以及清潔通道的表面上涂覆防銹涂層。

多種3D打印技術(shù)均適用于本發(fā)明。其中，金屬粉末選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)以及選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)特別適用于本發(fā)明的3D打印模具，適用的材料包括1.2709鋼材。

采用根據(jù)本發(fā)明的3D打印模具，其中的冷卻水路可以通過清潔通道很容易地通達(dá)，模具使用過程中在冷卻水路中沉積的水垢能夠被徹底清除。

此外，采用根據(jù)本發(fā)明的制造3D打印模具的方法，可以便利地制造出這種冷卻水路容易清潔的模具，由于清潔通道是在3D打印過程中一體成形的，因此，模具的制造成本不會增加。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。