3D打印模具及其制造方法与流程

本发明涉及一种3D打印模具及其制造方法，尤其涉及一种带有镂空设计的3D打印模具。

背景技术：

近几年，随着快速成型，俗称3D打印技术在我国的快速发展应用，尤其是该技术中的金属粉末选择性激光烧结技术或选择性激光熔化技术尝试在注塑零件模具制造中应用，极大的缩短了模具制造周期，使模具开发设计更加合理。

图1A和图1B示出了通过3D打印技术制造的模具1。模具1的模具本体2大致成圆筒形。从图1B所示的剖面中可以看到，模具本体2的中间部位设有一个型腔3，冷却水路6围绕型腔3设置，从而在模具1的使用过程中起冷却作用。冷却水路6从模具本体2的大致平坦的底面延伸到型腔3附近，并围绕型腔3布置，最后延伸到模具本体2的底面的另一个位置。冷却水路6在底面上形成进水端口61和出水端口62。

传统的模具加工工艺是通过削减材料来进行加工的，而3D打印技术恰恰相反是采用增加材料的形式进行加工的。3D打印技术特别适用于具备复杂型腔轮廓和复杂冷却水路的模具。然而，就目前的3D打印技术发展而言，适于作于制造模具的3D打印用的金属粉末材料价格较为昂贵。例如形成图1A、1B所示的模具1，通过3D打印技术制造而成的模具1的生产成本相对较高。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种3D打印模具，3D打印模具包括由3D打印成形的模具本体，模具本体具有成型腔，其中，模具本体还包括与成型腔隔开的至少一个镂空部。

根据本发明的一个方面，模具本体内还包括冷却水路，冷却水路靠近成型腔的至少一部分型腔面并沿着至少一部分型腔面的形状布置，至少一个镂空部布置在与冷却水路隔开的位置处。

根据本发明的另一个方面，冷却水路设置在镂空部和成型腔之间。

根据本发明的另一个方面，成型腔形成在模具本体的一侧面上，至少一个镂空部从形成成型面的侧面之外的其他侧面凹入。

根据本发明的另一个方面，模具本体为圆筒形，镂空部为围绕圆筒形的模具本体的圆周设置的凹环。

根据本发明的另一个方面，模具本体为六面体形，模具本体还包括侧镂空部或底面镂空部，其中侧镂空部凹入设置在模具本体的围绕成型腔的五个面上。

根据本发明的再一个方面，镂空部内设有加强肋，加强肋将镂空部分隔成多个小腔室。

此外，本发明还提供了一种形成如上所述的3D打印模具的方法，其中，通过3D打印一体成形镂空部和成型腔。

在上述方法中，较佳地，在3D打印进行之前，设计带有镂空部和成型腔的模具；在模具的3D打印完成之后，将模具从3D打印设备的底板上切割移除；以及对模具进行热处理以去除应力。

采用根据本发明的3D模具以及制造3D模具的打印方法，可以在保证模具强度的前提下，节省需要的打印原材料，节省制造费用，同时，减轻模具的重量。

此外，由于需打印的体积明显减小，因此，根据本发明的3D打印模具方法的制造速度也将更快。

附图说明

图1A和图1B分别为现有技术中通过3D打印技术成型的模具的立体图和剖视图。

图2A和图2B分别为根据本发明第一实施例的、通过3D打印技术成型的模具的立体图和剖视图。

图3A和图3B分别为根据本发明第二实施例的、通过3D打印技术成型的模具的立体图和剖视图。

图4A和图4B分别为根据本发明第二实施例的、通过3D打印技术成型的模具的立体图和剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图2A和图2B示出了根据本发明第一实施例的、通过3D打印技术成型的模具10的立体图和剖视图。该模具10采用3D打印成型技术成型，例如金属粉末选择性激光烧结技术(SLS)或选择性激光熔化技术(SLM)，适用的材料包括1.2709钢材。

从图2A和图2B中可以看到，3D打印成型的模具10具有大体圆筒形的模具本体11，其具有顶侧、底侧和在顶侧和底侧之间延伸的周向侧。模具10具有的成型腔13从模具本体11的顶侧凹入形成。模具本体11内还包括冷却水路16，该冷却水路16从模具本体11的平坦的底侧处开始延伸到成型腔13附近，并围绕成型腔13的形状布置，最后延伸到模具本体11的底侧的另一个位置。冷却水路16在模具本体11的底侧上形成进水端口161和出水端口162，两个端口161、162设置在间隔一定距离的两个不同位置。

根据本发明的该实施例，模具本体11设有镂空部181、182，镂空部181、182被分别设置在两个不同位置。第一镂空部181设置在模具本体11的与成型腔13相对的一侧，即，第一镂空部181从模具本体11的底侧凹入形成，优选地，第一镂空部181设置大致圆柱形。第二镂空部182设置在模具本体11的周向侧，即，形成为围绕圆筒形的模具本体11的圆周设置的凹环。第一镂空部181和第二镂空部182均设置在与冷却水路隔开的位置处，并且，镂空部181、182与冷却水路16之间的距离以及镂空部181、182与成型腔13之间的距离(材料壁厚)应当满足模具10在使用过程中的强度要求。

第二镂空部182也可以不是一个连续延伸一圈的凹环，而是被分隔成多段凹入部段，例如三个、四个或六个等，相邻凹入部段之间由加强肋分隔。此外，间隔设置的镂空部较佳地对称设置。这样的结构，尤其对于体积较大的模具10而言，可以进一步加强模具本体11的强度。此外，优选地，上述加强肋设置在最接近冷却水路16的位置。

图3A和图3B分别为根据本发明第三实施例的、通过3D打印技术成型的模具20的立体图和剖视图。

根据第三实施例的3D打印模具20具有一个大致方形的模具本体21，其具有顶侧、底侧和在顶侧和底侧之间延伸的四个平坦的侧部。模具20的成型腔23从模具本体21的顶侧凹入形成。模具本体21内还包括冷却水路26，冷却水路26从平坦的底侧的一个位置延伸到成型腔23下方附近，并沿成型腔23底部的形状布置在成型腔23下方，最后延伸到模具本体21的底侧的另一个位置。冷却水路26在底面上形成进水端口261和出水端口262。

根据本发明的该实施例，模具本体21具有镂空部281、282，其中，镂空部281凹入设模具本体21的底侧上，与成型腔23相对，一部分冷却水路26设置在成型腔23与镂空部281之间。此外，模具本体21的镂空部281分别从模具本体21的四个侧部向内凹入。镂空部281、282与冷却水路26之间的距离以及镂空部281、282与成型腔23之间的距离(材料壁厚)应当满足模具10在使用过程中的强度要求。

图4A和图4B分别为根据本发明第二实施例、通过3D打印技术成型的模具30的立体图和剖视图。

该模具30包括一个大致圆筒形的模具本体31，其具有顶侧、底侧和在顶侧和底侧之间延伸的圆周侧。模具30的成型腔33从模具本体31的顶侧凹入形成。模具本体31内还包括冷却水路36，该冷却水路36从模具本体31的大致平坦的底侧的中间位置开始延伸到成型腔33下方附近，并沿成型腔33底部的形状布置在其下方，最后延伸到模具本体31的底侧的另一个位置。冷却水路36在模具本体31的底侧上形成进水端口361和出水端口362。

根据本发明的该实施例，模具本体31在底侧具有多个镂空部38，其与成型腔33的位置相对。镂空部38中包括沿模具本体31的底侧到顶侧的轴线方向延伸的加强肋39，这些加强肋39将镂空部38分隔成多个小腔室，每个小腔室大致呈扇形，并且大致对称设置。起到冷却作用一部分冷却水路36布置在镂空部38与成型腔33之间。

根据本发明，3D打印模具包括了至少一个镂空部，这些镂空部的设置有利地减少了3D打印模具制造所需使用的材料量，从而降低了模具有制造成本。此外，3D打印模具的制造速度也得以加快。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。