一種選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具的制造方法與流程

本發(fā)明涉及一種模具制作，具體有關(guān)一種選擇性激光燒結(jié)塑料模具的制造方法。

背景技術(shù)：

目前，塑料功能件的快速制造方法主要有光敏樹脂的立體光刻成型法(SLA)、絲狀熱塑性塑料的熔融沉積成形法(FDM)、選擇性激光燒結(jié)法（SLS）等。其中SLS法制備塑料功能件的過(guò)程為用紅外光波長(zhǎng)的激光器對(duì)粉末材料進(jìn)行逐層燒結(jié)疊加成形。由于SLS法所采用的紅外激光器價(jià)格低、壽命長(zhǎng)，且使用的耗材選擇范圍廣，因而該方法被廣泛應(yīng)用。鑄造模具一般有金屬模具和木制模具。通常情況下，金屬模具精度高，壽命長(zhǎng)，但價(jià)格昂貴，因此一般用于大批量生產(chǎn)。而木制模具精度低、壽命短、不易保存，價(jià)格相對(duì)較低，因此一般用于小批量試制。由于木制模加工精度低，因此模具需反復(fù)調(diào)整才能達(dá)到圖紙要求，大大降低了新產(chǎn)品開發(fā)的研發(fā)速度。同時(shí)木制模具具有吸水性，在長(zhǎng)期保存中容易開裂或變形，影響模具的尺寸精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能提高模具尺寸精度、縮短模具開發(fā)周期、降低模具制作成本的選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具的制造方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具的制造方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：具有以下步驟：

a、材料篩分：將聚苯乙烯粉末進(jìn)行篩分，選取粒徑分布25μm～97μm的聚苯乙烯粉末作為打印材料；

b、燒結(jié)成形：采用選擇性激光燒結(jié)法將篩分后的聚苯乙烯粉末制作成模具形坯；

c、表面清理：去除模具形坯表面多余聚苯乙烯粉末，再去除模具形坯表面的工藝結(jié)構(gòu)；

d、芯部強(qiáng)化：按一定配比調(diào)配由環(huán)氧樹脂、稀釋劑、塑化劑和固化劑組成的混合物料，將c步驟制得的模具形坯浸泡在上述混合物料中，或者用上述混合物料涂刷在c步驟制得的模具形坯表面，直至模具形坯表面沒(méi)有上述混合物料，而是被完全吸收后，放置在保溫箱中，在60℃±2℃恒溫條件下保溫1±0.5小時(shí)；

e、表面強(qiáng)化：按一定配比調(diào)配由不飽和聚酯樹脂和固化劑組成的混合物料，將其涂刷在經(jīng)過(guò)d步驟強(qiáng)化處理后的模具形坯表面，在一定條件下保溫，直至所涂刷的混合物料完全固化；

f、模具型板的制作：根據(jù)設(shè)備成型缸尺寸，按現(xiàn)有方法制作標(biāo)準(zhǔn)化的模具型板；

g、模具裝配：將e步驟得到的模具形坯放入f步驟制得的模具型板的相應(yīng)位置，并使用緊固螺栓將其固定在模具型板上，調(diào)整f步驟制得的模具型板的放置角度，直至模具型板底面與模具型板所在平面處于同一平面，即得到選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具。

上述技術(shù)方案中，在d步驟所述的混合物料中，環(huán)氧樹脂∶固化劑∶稀釋劑的質(zhì)量比為(1.8~2.2):(0.9~1.1):(0.9~1.1)，塑化劑為混合物料總量的3wt%～6wt%。

上述技術(shù)方案中，在e步驟所述的混合物料中，不飽和聚酯樹脂∶固化劑的質(zhì)量比為100：0.5～1.5；配制上述混合物料時(shí)，先在不飽和聚酯樹脂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不飽和聚酯樹脂用量的4%～6%，尺寸小于25μm，或大于500目的Al₂O₃粉末并攪拌均勻進(jìn)行預(yù)處理后，再與固化劑混合。

上述技術(shù)方案中，當(dāng)d步驟制得的模具形坯表面積較大或涂刷時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，需要加入適量稀釋劑延緩室溫反應(yīng)速率。

上述技術(shù)方案中，在e步驟中，所述在一定條件下保溫是指在60℃±2℃的恒溫條件下保溫2±0.5小時(shí)。

采用上述方法后，能夠取得以下技術(shù)效果：能提高模具尺寸精度、縮短模具開發(fā)周期，降低模具制作成本。此外，選擇適當(dāng)?shù)姆勰╊w粒燒結(jié)之后，其孔隙率更高，使制品在強(qiáng)化過(guò)程中樹脂吸收更充分；制件芯部強(qiáng)化后，強(qiáng)度可達(dá)到10MPa以上。制品表面強(qiáng)化后，表層硬度大幅提升，可達(dá)到邵氏硬度（HD）120左右。本發(fā)明模具具有很高的耐磨性和表面光潔度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；

圖2為采用選擇性激光燒結(jié)法（SLS）制作的模具形坯的主視圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發(fā)明中的模具型板的主視圖；

圖5為圖4的俯視圖；

圖6為模具形坯和模具型板裝配完成后的模具主視圖；

圖7為圖6的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1～3制備選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具

如圖1所示，本發(fā)明的一種選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具的制造方法，具有以下步驟：

a、材料篩分：將聚苯乙烯粉末進(jìn)行篩分，選取粒徑分布25μm～97μm的聚苯乙烯粉末作為打印材料；

b、燒結(jié)成形：采用選擇性激光燒結(jié)法將篩分后的聚苯乙烯粉末制作成模具形坯4；

c、表面清理：去除模具形坯4表面多余聚苯乙烯粉末，再去除模具形坯4表面的工藝結(jié)構(gòu)；

d、芯部強(qiáng)化：按一定配比調(diào)配由環(huán)氧樹脂、稀釋劑、塑化劑和固化劑組成的混合物料，將c步驟制得的模具形坯4浸泡在上述混合物料中，或者用上述混合物料涂刷在c步驟制得的模具形坯4表面，直至模具形坯4表面沒(méi)有上述混合物料，而是被完全吸收后，放置在保溫箱中，在60℃±2℃恒溫條件下保溫1±0.5小時(shí)；

e、表面強(qiáng)化：按一定配比調(diào)配由不飽和聚酯樹脂和固化劑組成的混合物料，將其涂刷在經(jīng)過(guò)d步驟強(qiáng)化處理后的模具形坯4表面，在一定條件下保溫，直至所涂刷的混合物料完全固化，如圖2~3所示；

f、模具型板5的制作：根據(jù)設(shè)備成型缸尺寸，按現(xiàn)有方法制作標(biāo)準(zhǔn)化的模具型板5，如圖4~5所示；

g、模具裝配：將e步驟得到的模具形坯4放入f步驟制得的模具型板5的相應(yīng)位置，并使用緊固螺栓6將其固定在模具型板5上，調(diào)整f步驟制得的模具型板5的放置角度，直至模具型板5底面與模具型板5所在平面處于同一平面，即得到選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具，如圖6~7所示。

在d步驟所述的混合物料中，環(huán)氧樹脂∶固化劑∶稀釋劑的質(zhì)量比為(1.8~2.2):(0.9~1.1):(0.9~1.1)，塑化劑為混合物料總量的3wt%～6wt%。

在e步驟所述的混合物料中，不飽和聚酯樹脂∶固化劑的質(zhì)量比為100：0.5～1.5；配制上述混合物料時(shí)，先在不飽和聚酯樹脂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不飽和聚酯樹脂4%～6%，尺寸小于25μm，或大于500目的Al₂O₃粉末并攪拌均勻進(jìn)行預(yù)處理后，再與固化劑混合。

當(dāng)d步驟制得的模具形坯4表面積較大或涂刷時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，需要加入適量稀釋劑延緩室溫反應(yīng)速率。

在e步驟中，所述在一定條件下保溫是指在60℃±2℃的恒溫條件下保溫2±0.5小時(shí)。

在f步驟中，如圖4、5中所示，模具型板5應(yīng)具備以下結(jié)構(gòu)——螺栓孔1，定位銷2，導(dǎo)向銷3。

在g步驟中，如圖6、7中所示，由模具形坯4和模具型板5裝配后的選擇性激光燒結(jié)聚苯乙烯模具應(yīng)包含以下幾個(gè)部分——模具形坯4，模具型板5，緊固螺栓6。

在實(shí)施例1～3中，d芯部強(qiáng)化步驟所用的混合物料中，環(huán)氧樹脂

為無(wú)錫樹脂廠鳳凰牌環(huán)氧樹脂，其牌號(hào)為618E-51；固化劑為鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司丹寶牌聚酰胺樹脂，其牌號(hào)為650；稀釋劑為蘭瑪世牌芳香型稀釋劑；塑化劑為鄰苯二甲乙酯(上海展云化工有限公司產(chǎn)品)；上述原料均為工業(yè)品，可從市場(chǎng)購(gòu)得；所用環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑、塑化劑的具體質(zhì)量比見表1。

表1

在實(shí)施例1～3中，e表面強(qiáng)化步驟所用的混合物料中，不飽和聚酯樹脂為華訊908-5A不飽和聚酯樹脂，固化劑為過(guò)氧化甲乙酮，三氧化二鋁粉末為500目；上述原料均為工業(yè)品，可從市場(chǎng)購(gòu)得；所用不飽和聚酯樹脂、固化劑、三氧化二鋁的具體質(zhì)量比見表2。

表2

采用本發(fā)明方法制備模具，不僅提高了模具尺寸精度、縮短模具開發(fā)周期，降低模具制作成本。還使模具具有很高的耐磨性和表面光潔度。具有廣闊的市場(chǎng)前景。