一种基于三维打印的模具制造方法、模具及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三维打印的模具制造方法，包括：(1)构建需要制作模具的模具模型，根据模具模型设计上模具；(2)制作上模具，在制作好的上模具的型面上凃设表面光滑的硅胶膜，在硅胶膜表面涂覆隔离层；(3)将上模具浸没在盛有硅胶的下模具中，固化完成后，将上模具和硅胶膜去除，得到硅胶模具。本发明还公开了上述方法制备的模具以及应用方法。本方法可低成本制造各种结构复杂且表面光滑的模具，为食品糕点行业中复杂结构的快速造型提供了保证，也可以用于假体、玩具、面具等模型的快速制造。这种基于3D打印技术和硅胶模具浇铸技术进行复杂结构成型的方法成本低廉，制作周期短，可用于面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等材料的浇铸成型。
【专利说明】一种基于三维打印的模具制造方法、模具及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于模具制作【技术领域】，尤其涉及一种基于三维打印的模具制造方法、模具及应用。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，人们越来越注重食品造型，特别是在糕点行业中，别具心裁的造型往往更容易吸引顾客，能大大提升食品附加价值。目前结构简单，需要大批量生产的糕点造型已经能够通过传统模具制造出来，但是对于结构复杂，需要个性化订制的糕点造型仍停留在手工制造的水平，因为传统模具的制作成本高，难度大，周期长，小批量的造型不适合开模制造。糕点造型师是我国现在新兴的职业，他们大部分都没有经过职业化训练，技术水平参差不齐，工作效率与作品质量有很大的差异。全凭个人的审美和日积月累的经验，借助通用的工具完成造型设计。这不仅要求他们对物体美感有着敏锐的洞察力和足够的耐性，还必须了解面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等造型原料的材料特性，才能塑造出栩栩如生的造型。
[0003]由于硅胶模具有良好的耐高温性，高抗拉伸性和抗撕裂性，流动性好，易于灌注，室温下可以固化，也可以加温固化，操作方便，且无毒无味，能够通过FDA食品级别的认证，因此，硅胶模具受到了食品造型行业的青睐。一般来说，硅胶模具表面的光洁度与待仿制物体的表面粗糙度有关。打磨待仿制物体表面或者是采用更为精细的机加工工艺和加工机床可以提高硅胶模具表面质量，但会耗费大量的时间，大大提高了硅胶模具的制作成本。
[0004]因此，急需一种数字化的造型技术和一种快速制造出造型模具的方法来辅助制造出食品行业中，特别是糕点行业中结构复杂且需要个性化订制的造型。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于三维打印的模具制造方法，利用该方法能够制作型面结构复杂的模具，且模具精度高，表面光洁，适于各种复杂结构的模具的制作，满足不同场合的需要。
[0006]本发明还提供了一种由上述方法制备得到的模具，利用该模具可以快速得到结构复杂的各种食品，且符合食品卫生安全，能够在各个食品行业推广。
[0007]本发明还提供了一种利用模具制作食品的方法，可以将面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等造型材料浇铸在硅胶模具中成型，可以得到精度高，表面光洁的食品造型。
[0008]一种基于三维打印的模具制造方法，包括:
[0009](I)通过三维软件建模或者三维扫描需要制作模具的复杂结构，得到模具模型，根据模具模型设计上模具；
[0010]该步骤中，在三维软件建模或者三维扫描后，可选择对模型进行相应的修改，包括对扫描得到的数据进行曲面修复，去除多余的扫描杂点，以提高后续上模具的结构精度；
[0011](2)制作上模具，在制作好的上模具的型面上凃覆表面光滑的硅胶膜，在硅胶膜表面涂覆隔1?层；
[0012](3)将步骤(2)得到的上模具浸没在盛有硅胶的下模具中，固化完成后，将所述上模具和硅胶膜去除，得到具有复杂结构型面的硅胶模具。
[0013]作为优选，步骤(I)中，所述上模具边缘固定在底板上，底板的厚度为3-5mm，底板边缘比上模具在底板的投影边缘宽出5-10mm。底板的设置，提高了上模具制作过程中的稳定性。
[0014]同时作为进一步优选，步骤(3)中，上模具浸没在下模具内的硅胶内时，底板支撑在下模具顶缘。此时，底板的设置，对下模具和上模具均起到定位作用，防止上模具晃动，同时方便了对上模具的定位，而且保证上模具型面全部浸入到硅胶模具中，避免底板背对上模具的一侧被浸没在硅胶模具中，对模具的制作增加难度。
[0015]所述底板上留有至少一个通孔，该通孔与上模具相互分离，不影响上模具的结构。通孔的直径至少为5_，为步骤(3)中硅胶溢出和添加硅胶提供了一个通道。
[0016]作为优选，所述硅胶膜的厚度为0.2-0.5_。硅胶膜一般采用刷涂的方式凃覆在上模具的型面上。实际制作过程中，根据塑料模具表面质量确定硅胶膜的厚度。本发明采用厚度保持在0.2-0.5mm，一方面节约了硅胶材料，更重要的一方面是保证了上模具型面的精度，同时在硅胶模具制备完成后，保证硅胶膜能够顺利剥离。利用液态硅胶的液体表面张力和重力的作用，在塑料模具上形成一层薄薄的硅胶膜，避免三维打印带来的台阶效应。硅胶膜可以在浇铸出硅胶模具后，脱离硅胶模具，从而保证硅胶模具表面的光洁度。采用该模具，后续浇铸出来的食品造型可以完全消除掉三维打印技术带来的台阶状效应，浇铸出来的食品造型表面光洁，形象更加逼真。硅胶膜凃覆完成后，一般采用加热固化方式，加热固化的温度一般为50-70°C，一般在恒温箱中进行。放到恒温箱中固化后，再用来浇铸硅胶模具。
[0017]所述隔离层为用于食品时可选为食用油层，用量保证硅胶膜表面润湿。方便硅胶膜后续的剥离。所述食用油可采用多种现有产品，例如可采用花生油、豆油、芝麻油等。应用于如玩具、化妆、面具等行业时，可选无毒的硅油、润滑油等材料作为隔离层。
[0018]作为优选，步骤(2)中，所述制作上模具采用三维打印方法制作，采用的打印机为熔融挤出型三维打印机，打印材料为塑料。采用熔融挤出型三维打印机，提高了上模具的制作效率和制作精度，特别是针对结构复杂的模型，三维打印机更具有突出的优势，此外熔融挤出型三维打印机比较普及，可大幅降低模具制造成本。打印完成后，可根据需要选择是否进行热处理过程，从而保证上模具的整体强度。
[0019]步骤(3)中，将上模具浸没在硅胶模具后，取出，在50-70度的恒温箱中放置1-2小时，待硅胶硬化后，将硅胶膜与塑料模具剖离，得到硅胶模具。去掉硅胶模具与塑料模具接触面上的那层薄膜后，就可以得到光洁的硅胶表面。
[0020]本发明还提供了一种基于三维打印的模具制作方法，该模具由上述任一技术方案所述的基于三维打印的模具制造方法制作得到。
[0021]本发明还提供了一种利用模具制作食品的方法，包括将食品材料加入到上述任一技术方案中所述的模具中，固化即可得到带有复杂结构的食品。
[0022]所述食品材料包括面粉、奶油、冰淇淋、巧克力中的一种或多种。实际制作时，将面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等造型材料在半液态的时候浇铸到硅胶模具中，放入冰箱中冷却固化(0°c以下，10-20分钟)后，即可得到结构复杂的食品造型。本发明可用于多种材料的浇铸成型，包括面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等，无毒无害，安全卫生，可以用于食品行业的推广。
[0023]本方法的基于三维打印的模具制造方法，可以制备出各种结构复杂的模具，为食品糕点行业中复杂结构的快速造型提供了保证，也可以用于假体、面具等模型的快速制造。这种基于3D打印技术和硅胶模具浇铸技术进行复杂结构成型的方法成本低廉，制作周期短，可用于面粉，奶油，冰淇淋，巧克力等材料的浇铸成型。
[0024]本发明提出的食品造型的方法流程:建模一生成模具一制造模具一铺膜一浇铸硅胶模具一浇铸食品原料一脱模。能够在较短的时间内制造出结构复杂，精度高，表面光洁的食品造型。整个过程中用得到的原料和工具都是食品级别的，对人体无害，符合食品卫生安全，能够在食品行业推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的基于三维打印的模具制造方法中通过硅胶铺膜，改进塑料模具表面质量对比图:(a)和(b)分别表示硅胶铺膜前后，塑料模具表面质量的变化。
[0026]图2是本发明的基于三维打印的模具制造方法的流程图。
[0027]图3为实施例1中浇铸食品的具体流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合实施例具体阐述本发明在巧克力浇铸成型中应用。
[0029]一、通过三维软件或三维扫描建立模型
[0030]对于结构不太复杂的模型，可以通过三维建模软件建模得到，如SolidWorks，Pro-E，3dmax，Rhino等。对于结构复杂，已有实物的模型，如人像，汽车等，可以通过三维扫描的方式得到三维图，本实施例中针对人像制造模具，采用三维扫描得到三维图。
[0031]二、生成模具
[0032]扫描得到的数据会存在杂点，漏洞，或者是除目标模型外多余的部分，需要在软件中做后期处理，后期处理可采用现有的方法。为了在制作模具的过程中，保证上模具、下模具的位置，三维建模时，需要添加一个厚度为3-5mm的底板在上模具的底部，底板大小视上模具的大小而定，一般来说，底板边缘要宽于上模具在底板的投影面5-10mm，底板的设置，即方便了上模具的定位，又保证在制作硅胶模具过程中，底板能够支撑在下模具顶面上，防止上模具移动，同时实现了上模具的定位。为了保证上模具能够完全浸没硅胶中，底板上要打一个通孔，通孔避开上模具对应的区域，与上模具相互独立，互不影响，通孔可采用圆孔，圆孔直径一般不小于5mm。当下模具中的硅胶过多时，可以通过这个孔溢出来，硅胶过少时，可以通过这个孔注入硅胶。
[0033]三、制造模具
[0034]将设计好的带有底板的上模具的三维图转成STL文件，再导入切片软件生成G代码，通过熔融挤出型三维打印机(FDM打印机)打印出塑料上模具，该塑料材质可选用FDM打印机的常用塑料打印材料。为了提高打印速度，打印层高可设计为0.2-0.35mm，填充率设置为 20% -40%。
[0035]四、铺膜
[0036]将液态硅胶调配好后，用刷子在上模具表面涂上一层薄薄的液态硅胶，在液体表面张力和重力的作用下，液态硅胶会将上模具的层阶状效应消除掉:上模具的凹坑被填平，突起的地方也会被硅胶覆盖，整个表面上形成一层薄薄的光滑的硅胶膜。之后，将上模具放入温度为70°C的恒温箱中固化。硅胶膜的厚度视上模具表面粗糙度而定，一般在
0.2-0.5mm之间。为了保证硅胶膜容易从硅胶模具上脱落下来，可以在硅胶膜固化(70°C恒温箱固化)后，在硅胶膜表面涂上一层薄薄的花生油。为了保证最终硅胶模型精度，花生油只需润湿硅胶膜即可。
[0037]五、浇铸硅胶模具
[0038]在下模具中注入足够量的去除气泡后的硅胶，将上模具浸入硅胶中，上模具的底板支撑在下模具的顶缘，如果硅胶不足，可以从底板通孔处添加硅胶，确保模具完全浸入硅胶中，保证硅胶模具的完整性。把上模具压牢后，放到60-70°C的恒温箱中固化。1-2小时后，取出硅胶模具，将模具表面的膜去掉后，即可得到光洁表面的硅胶模具。
[0039]六、饶铸食品原料
[0040]以巧克力为例，将固态的巧克力加热到50-60°C，待巧克力完全融化后，倒入硅胶模具中。适度震动硅胶模具，有助于去除巧克力中的气泡，保证巧克力与硅胶模具表面贴合。之后，将硅胶模具放入0°c以下的急冻箱中，10-20分钟后，巧克力硬化。
[0041]七、脱模
[0042]用于浇铸的硅胶硬度小，弹性大，可以直接将固化后的巧克力模型从硅胶中取出，即可得到巧克力模型。
[0043]实施的有益效果
[0044]1.成型精度高
[0045]建模数字化，造型自动化，保证了模具的精度与食品造型的逼真性。
[0046]2.成本低廉
[0047]娃胶50元/公斤，打印耗材PLA塑料丝65元/公斤，巧克力40_60元/公斤，其他材料用量少，价格便宜，如浇铸一个高度为65mm的人体上半身巧克力头像，耗材成本在10元左右，所用到的打印机价格低廉，机械损耗成本不大。
[0048]3.制作周期短，失败率低。
[0049]4复杂模型造型，适用多种材料。
【权利要求】
1.一种基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，包括: (1)构建需要制作模具的模具模型，根据模具模型设计上模具； (2)利用三维打印制作上模具，在制作好的上模具的型面上凃覆表面光滑的硅胶膜，在硅胶膜表面涂覆隔离层； (3)将步骤(2)得到的上模具浸没在盛有硅胶的下模具中，固化完成后，将所述上模具和硅胶膜去除，得到具有复杂结构型面的硅胶模具。
2.根据权利要求1所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，步骤(I)中，所述上模具边缘固定在底板上，底板的厚度为3-5mm，底板边缘比上模具在底板的投影边缘宽出 5~1 Omnin
3.根据权利要求1或2所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，步骤(3)中，上模具浸没在下模具的硅胶内时，底板支撑在下模具顶缘。
4.根据权利要求2所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，所述底板上留有至少一个通孔，该通孔与上模具相互分离。
5.根据权利要求1所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，所述硅胶膜的厚度为 0.2-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，所述隔离层为食用油层，用量保证硅胶膜表面润湿。
7.根据权利要求1所述的基于三维打印的模具制造方法，其特征在于，步骤(2)中，所述三维打印采用的打印机为熔融挤出型三维打印机。
8.一种基于三维打印的模具，其特征在于，该模具由权利要求1-7任一权利要求所述的基于三维打印的模具制造方法制作得到。
9.一种利用模具制作食品的方法，其特征在于，包括将食品材料加入到权利要求8所述的模具中，固化即可得到带有复杂结构的食品。
10.根据权利要求9所述的利用模具制作食品的方法，其特征在于，所述食品材料包括面粉、奶油、冰淇淋、巧克力中的一种或多种。
【文档编号】B29C67/00GK104476772SQ201410617641
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】贺永, 薛光怀, 傅建中, 丁易人, 吴森洋 申请人:浙江大学