[发明专利]一种高精度的微金属模具快速成型制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光快速成型技术领域，具体涉及一种高精度的微金属模具快速成型制造方法，本发明主要用于精度要求高的、批量少的微型金属模具应用。

背景技术

随着微系统的迅猛发展，微型模具的应用越来越广泛，微金属模具熔点高、硬度高、耐磨性好，因而寿命长，加工成本低，可加工温度高，特别适合微型零件的制造，具有广阔的应用前景。

目前常用的微型金属模具的制作方法主要有三类。一是采用MEMS加工工艺与电铸法相结合。这些方法都是先制作一个母版，得到三维微结构，然后在母版上电铸或电沉积一层厚度在几十到几百微米的金属(通常是Ni)，从而得到金属微模具。采用这两种方法制作出来的模具表面质量好、精度高，但是由于金属层的厚度有限，因而三维加工能量有限，模具机械强度低，寿命较短，此外制作母版需要光刻和刻蚀等工艺。

二是从传统的机加工技术和数控技术发展而来的、基于去除材料原理的微机械加工方法。如微电火花加工、微铣削、微挤压、微线切割等等，该类方法虽然也可以得到较高表面质量、高精度和高空间分辨率的微金属模具，但是三维加工能力有限，无法制作具有随行冷却水道的模具。

三是从快速成型技术发展而来的微快速成型技术。它是结合当今世界上最先进的材料、CAD/CAM、精细加工工艺等技术，采用分层制造、逐层叠加的原理，从CAD模型直接制造具有一定功能的微零件，具有速度快、灵活、能加工任意形状等显著优点，在MEMS、模具、航空、航天、医药等行业得到了广泛关注。目前三维印刷术(3DP)、熔融沉积制造(FDM)、光固化和微立体光刻等都已经成功运用到微细结构的加工中。但是这些加工方法都无法直接制造微金属模具。基于金属薄片叠加(sheet lamination)技术可以制造微金属模具，这种技术空间分辨率和精度主要取决于金属薄片的厚度，通常金属薄片的厚度在几十微米，因而制作的零件空间分辨率特别是侧面分辨率有限。另外一种是采用二维喷镀或溅射，然后层层叠加，该方法可以得到较高精度和空间分辨率金属零件，但是金属层与衬底的结合强度低、速度慢，效率低。

激光微成型技术可以很方便地从金属粉末和CAD模型直接制造微型金属模具。由于无需模具，直接从CAD计算机模型和金属粉末制造，因而可以实现快速制造；由于基于层层叠加的“加成法”，因而可以制造任意形状的微型模具；由于采用的是相干性很好的激光，可以聚焦成微小光斑，因而可以得到空间分辨率很高的微型模具。但是，采用激光微成型的制造的微模具的精度和表面粗糙度只能达到微米量级，这种精度和表面质量对于微型模具是不够的。而目前还没有很好的方法来对微模具进行整形和抛光，特别是对于复杂的模具内腔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微金属模具快速成型制造方法，采用该方法可以制作任意形状的高精度微金属模具。

本发明提供的一种微金属模具快速成型制造方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)根据所需模具的几何形状，用计算机软件对其三维图形进行切片，得到激光平面扫描轮廓信息；

(2)在基底材料上预镀覆一层金属粉末混合物作为过渡层，该金属粉末与所需的模具材料粉末之间具有良好的润湿性；

(3)在上述过渡层上预置一层模具材料金属粉末，采用聚焦成微小光斑的激光束对上述金属粉末进行扫描，使金属粉末熔化或者部分熔化从而形成一层；

(4)在上述成型的层上多次重复上述预置和扫描过程，直至在过渡层上形成微型金属模具初坯；

(5)去除基底材料，得到微型金属模具初坯；

(6)对微型金属模具初坯进行整形，得到微型金属模具。

本发明将基于分层制造的激光快速微成型技术和微整形技术相结合，制造任意形状的高精度微金属模具。相对于其它方法制作的微型金属模具，本发明制作的微型金属模具可以加工成任意三维形状，而且可以从CAD模型直接制造，无需模具，因而制作工艺更简单更方面。相对于单纯的激光微成型技术制造的微型金属模具，本发明提供的方法制作的微型金属模具精度更高，表面光洁度更高。

附图说明

图1是高精度微型金属模具制造过程流程图；

图2是微型金属模具去除基底前的结构示意图；

图3是激光微烧结金属模具初坯的流程图；

图4是微整形技术原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详细的说明。