一种塑胶注塑模仁的三维打印制备方法及塑胶注塑模仁

摘要

本发明公开了一种塑胶注塑模仁的三维打印制备方法，其包括以下步骤：(1)通过CAE辅助分析软件建立塑胶注塑模仁的三维建模模型；(2)所述装配位部分的模具钢材经过淬火加硬及喷砂处理；(3)将装配位部分的模具钢材进行退磁处理；(4)将三维档案输入到三维打印机内，并将装配位部分的模具钢材放置在3D打印机的加工基板上面；(5)在模具钢材的表面铺设一层模具钢粉末；(6)通过激光照射斜凹槽内的模具钢粉末；(7)重复步骤(5)及步骤(6)，直至斜凹槽被模具钢粉末烧结填平；(8)重复在转配位部分上表面铺设模具钢粉末，并进行激光烧结，直至胶位部分以及水路结构烧结完毕。本发明还公开的一种塑胶注塑模仁。

说明书

技术领域

本发明涉及模具制备的技术领域，具体涉及一种塑胶注塑模仁的三维打 印制备方法，及实施该制备方法的塑胶注塑模仁。

背景技术

在注塑模具中，模具的冷却效果关系到生产效率的高低和最终注塑制品 的质量优劣，因此其冷却系统的设计是模具设计过程中需要考虑的关键问题 之一。但是，由于现阶段模具制造手段有限，并且缺乏合适的冷却水路设计 理论，使得冷却水路的设计和制造只能局限于相对简单的结构形式下。

现在，采用三维打印技术制造具有异型水路结构的模仁，高效便捷，并 能制造出结构复杂、具有更高冷却效果的异型水路结构，但是，现在的三维 打印方式是直接将整个工件全部用金属粉末打印出来，不仅打印时间长，成 本也更高。

发明内容

本项发明是针对现行技术不足，提供一种塑胶注塑模仁的三维打印制备 方法，采用传统的模具钢材作为注塑模仁的装配位部分，然后采用三维打印 在装配位部分上方打印出胶位部分，减少成本，也节省了加工时间。

本发明还提供一种实施该制备方法的塑胶注塑模仁。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种塑胶注塑模仁的三维打印制备方法，其包括以下步骤：

(1)通过CAE辅助分析软件建立塑胶注塑模仁的三维建模模型，该注塑 模仁包括装配位部分和胶位部分；所述装配位部分为模具钢材制备而成，并 在模具钢材上表面设置连接结构，所述连接结构包括多排平行设置的斜凹槽， 相邻两排的斜凹槽的倾斜方向相反；所述斜凹槽为电火花加工成的圆形微小 斜孔；

CAE辅助分析软件选择注塑成型参数，模拟注塑生产过程，获得胶位部 分内的水路结构；得到装配位部分、胶位部分以及水路结构的三维档案；

(2)所述装配位部分的模具钢材经过淬火加硬处理，进行磨平，再进行 表面喷砂处理，使装配位部分的表面粗糙；

(3)将步骤(2)的装配位部分的模具钢材进行退磁处理，消除模具钢材 内的残余应力，并清洁模具钢材的表面；

(4)将三维档案输入到三维打印机内，并将步骤(3)的装配位部分的模 具钢材放置在3D打印机的加工基板上面；

(5)在模具钢材的表面铺设一层模具钢粉末，利用超声波振动器振动模 具钢材，使位于模具钢材表面的模具钢粉末进入到斜凹槽内并铺设均匀，模 具钢粉末的上表面呈水平面；

(6)通过激光照射斜凹槽内的模具钢粉末，辐照的位置上模具钢粉末烧 结在一起，激光照射时的角度与斜凹槽的角度相一致；

(7)待上一层烧结完成后，重复步骤(5)及步骤(6)，直至斜凹槽被模 具钢粉末烧结填平；

(8)重复在转配位部分上表面铺设模具钢粉末，并进行激光烧结，直至 胶位部分以及水路结构烧结完毕。

作为进一步改进，所述步骤(1)中，所述连接结构的斜凹槽的垂直深度 为1～3mm，所述斜凹槽的其中一条母线与竖直线的夹角为6°～15°。

作为进一步改进，所述的步骤(5)具体还包括以下内容：通过超声波振 动器振动模具钢材后，模具钢材将发生一定的位移，在进行激光烧结前，对 模具钢材进行重新定位。

作为进一步改进，每次超声波振动时间少于5秒。

作为进一步改进，第一次至第五次铺设模具钢粉末的量逐次增大，直至圆 形微小斜孔底部圆弧结构被填平，第六次开始每次铺设模具钢粉末量一致。

作为进一步改进，所述步骤(1)的胶位部分内还设有封闭的中空腔体， 该中空腔体内填充有金属钠。

作为进一步改进，所述中空腔体位于胶位部分的中部。

作为进一步改进，所述步骤(1)中，CAE辅助分析软件得到装配位部分、 胶位部分、中空腔体以及冷却水路结构的三维档案。

作为进一步改进，所述步骤(8)具体还包括以下内容：当烧结到中空腔 体的顶部时，取出注塑模仁的半成品，并清理位于中空腔体内的模具钢金属 粉末，向中空腔体内注入金属钠，金属钠填满掌控腔体至平齐注塑模仁半成 品的上顶面，将半成品重新放置到加工基板上，继续进行激光烧结，直至完 成整个胶体部位以及水路结构的烧结。

一种实施上述塑胶注塑模仁的三维打印制备方法的塑胶注塑模仁，所述塑 胶注塑模仁包括装配位部分和胶位部分，所述装配位部分上表面设有连接结 构，所述连接结构包括多排平行设置的斜凹槽，相邻两排的斜凹槽的倾斜方 向相反，所述斜凹槽为经过电火花加工成的圆形微小斜孔，所述斜凹槽的垂 直深度为1～3mm，所述斜凹槽的其中一条母线与竖直线的夹角为6°～15°；

所述胶位部分内设有冷却水路结构以及中空腔体，所述中空腔体内填充 有金属钠，所述中空腔体位于胶位部分的中部。

本发明的有益效果：针对传统的3d打印方法是直接将整个注塑模仁打印 出来，耗费材料和时间，本发明通过3D打印技术，即选择地分层烧结金属 粉末技术，用传统的模具钢材制造成装配位部分，并在装配位部分上部直接 金属粉末烧结成胶位部分，减少加工时间，并由于胶位部分采用高成本的高 强度模具钢粉末烧结而成，而相对于整个塑胶注塑模仁通过金属粉末烧结的 成本，本发明降低了生产成本，同时提高了加工效率。

针对装配位部分以及后续三维打印的胶位部分的连接问题，本发明在装 配位部分的上表面设置连接结构，连接结构包括多排倾斜角度相反的圆形微 小斜孔，并通过激光烧结技术填充圆形微小斜孔，使得上部的胶位部分与装 配位部分连接牢固，并不发生相对转动，提高塑胶注塑模仁的可靠性。

本发明的塑胶注塑模仁内设置冷却水路结构以及中空腔体，冷却水路结 构有利于模仁的散热，中空腔体内填充有金属钠，金属钠的熔点为97摄氏度， 当塑胶注塑模仁正常工作后，金属钠变为液态，能够有效地将模仁内的温度 尽快传递到模仁的其他部位，在一定程度上解决了高温下的机械特性变差的 现象。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。

附图说明

图1为本实施例的塑胶注塑模仁的装配位部分及胶位部分的结构示意 图；

图2为图1中塑胶注塑模仁的装配位部分结构示意图；

图3为塑胶注塑模仁的装配位部分剖面结构示意图。

图中：1.装配位部分，11.连接结构，12.斜凹槽，2.胶位部分。

具体实施方式

实施例，参见图1～3，本实施例提供的塑胶注塑模仁的三维打印制备方 法，其包括以下步骤：

(1)通过CAE辅助分析软件建立塑胶注塑模仁的三维建模模型，该注塑 模仁包括装配位部分1和胶位部分2；所述装配位部分1为模具钢材制备而 成，并在模具钢材上表面设置连接结构11，所述连接结构11包括多排平行 设置的斜凹槽12，相邻两排的斜凹槽12的倾斜方向相反；所述斜凹槽12为 电火花加工成的圆形微小斜孔，所述连接结构11的斜凹槽12的垂直深度为 1～3mm，所述斜凹槽12的斜面与竖直面的夹角为6°～15°；

CAE辅助分析软件选择注塑成型参数，模拟注塑生产过程，获得胶位部 分2内的水路结构；胶位部分2内还设有封闭的中空腔体，该中空腔体内填 充有金属钠；所述中空腔体位于胶位部分2的中部；

得到装配位部分1、胶位部分2，中空腔体以及水路结构的三维档案；

(2)所述装配位部分1的模具钢材经过淬火加硬处理，进行磨平，再进 行表面喷砂处理，使装配位部分1的表面粗糙；

(3)将步骤(2)的装配位部分1的模具钢材进行退磁处理，消除模具钢 材内的残余应力，并清洁模具钢材的表面；

(4)将三维档案输入到三维打印机内，并将步骤(3)的装配位部分1 的模具钢材放置在3D打印机的加工基板上面；

(5)在模具钢材的表面铺设一层模具钢粉末，利用超声波振动器振动装 配位部分1的模具钢材，使位于模具钢材表面的模具钢粉末进入到斜凹槽12 内并铺设均匀，模具钢粉末的上表面呈水平面；

通过超声波振动器振动模具钢材后，模具钢材将发生一定的位移，在进 行激光烧结前，对模具钢材进行重新定位；

每次超声波振动时间少于5秒；

(6)通过激光照射斜凹槽12内的模具钢粉末，辐照的位置上模具钢粉末 烧结在一起，激光照射时的角度与斜凹槽12的角度相一致；

(7)待上一层烧结完成后，重复步骤(5)及步骤(6)，直至斜凹槽12 被模具钢粉末烧结填平；

(8)重复在转配位部分上表面铺设模具钢粉末，并进行激光烧结，直至 胶位部分2以及水路结构烧结完毕；

当烧结到中空腔体的顶部时，取出注塑模仁的半成品，并清理位于中空 腔体内的模具钢金属粉末，向中空腔体内注入金属钠，金属钠填满掌控腔体 至平齐注塑模仁半成品的上顶面，将半成品重新放置到加工基板上，重新定 位并继续进行激光烧结，直至完成整个胶体部位以及水路结构的烧结。

由于电火花加工成的圆形微小斜孔的底部为圆弧结构，第一次至第五次 铺设模具钢粉末的量逐次增大，直至圆形微小斜孔底部圆弧结构被填平，第 六次开始每次铺设模具钢粉末量一致。

针对传统的3d打印方法是直接将整个注塑模仁打印出来，耗费材料和时 间，本发明通过3D打印技术，即选择地分层烧结金属粉末技术，用传统的 模具钢材制造成装配位部分1，并在装配位部分1上部直接金属粉末烧结成 胶位部分2，减少加工时间，并由于胶位部分2采用高成本的模具钢粉末烧 结而成，而相对于整个塑胶注塑模仁通过金属粉末烧结的成本，本发明降低 了生产成本，同时提高了加工效率。

本实施例还提供的塑胶注塑模仁，所述塑胶注塑模仁包括装配位部分1 和胶位部分2，所述装配位部分1上表面设有连接结构11，所述连接结构11 包括多排平行设置的斜凹槽12，相邻两排的斜凹槽12的倾斜方向相反，所 述连接结构11为经过电火花加工成的圆形微小斜孔，所述斜凹槽12的垂直 深度为1～3mm，所述斜凹槽12的斜面与竖直面的夹角为6°～15°；

所述胶位部分2内设有冷却水路结构以及中空腔体，所述中空腔体内填 充有金属钠，所述中空腔体位于胶位部分2的中部。

针对装配位部分1以及后续三维打印的胶位部分2的连接问题，本发明 在装配位部分1的上表面设置连接结构11，连接结构11包括多排倾斜角度 相反的圆形微小斜孔，并通过激光烧结技术填充圆形微小斜孔，使得上部的 胶位部分2与装配位部分1连接牢固，并不发生相对转动，提高塑胶注塑模 仁的可靠性。

本发明的塑胶注塑模仁内设置冷却水路结构以及中空腔体，冷却水路结 构有利于模仁的散热，中空腔体内填充有金属钠，金属钠的熔点为97摄氏度， 当塑胶注塑模仁正常工作后，金属钠变为液态，能够有效地将模仁内的温度 尽快传递到模仁的其他部位，在一定程度上解决了高温下的机械特性变差的 现象。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方 法或结构，而得到的其他塑胶注塑模仁的三维打印制备方法及塑胶注塑模仁， 均在本发明的保护范围之内。