本發(fā)明涉及一種3D打印模具及其制造方法，尤其涉及一種帶有鏤空設計的3D打印模具。

背景技術：

近幾年，隨著快速成型，俗稱3D打印技術在我國的快速發(fā)展應用，尤其是該技術中的金屬粉末選擇性激光燒結(jié)技術或選擇性激光熔化技術嘗試在注塑零件模具制造中應用，極大的縮短了模具制造周期，使模具開發(fā)設計更加合理。

圖1A和圖1B示出了通過3D打印技術制造的模具1。模具1的模具本體2大致成圓筒形。從圖1B所示的剖面中可以看到，模具本體2的中間部位設有一個型腔3，冷卻水路6圍繞型腔3設置，從而在模具1的使用過程中起冷卻作用。冷卻水路6從模具本體2的大致平坦的底面延伸到型腔3附近，并圍繞型腔3布置，最后延伸到模具本體2的底面的另一個位置。冷卻水路6在底面上形成進水端口61和出水端口62。

傳統(tǒng)的模具加工工藝是通過削減材料來進行加工的，而3D打印技術恰恰相反是采用增加材料的形式進行加工的。3D打印技術特別適用于具備復雜型腔輪廓和復雜冷卻水路的模具。然而，就目前的3D打印技術發(fā)展而言，適于作于制造模具的3D打印用的金屬粉末材料價格較為昂貴。例如形成圖1A、1B所示的模具1，通過3D打印技術制造而成的模具1的生產(chǎn)成本相對較高。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種3D打印模具，3D打印模具包括由3D打印成形的模具本體，模具本體具有成型腔，其中，模具本體還包括與成型腔隔開的至少一個鏤空部。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，模具本體內(nèi)還包括冷卻水路，冷卻水路靠近成型腔的至少一部分型腔面并沿著至少一部分型腔面的形狀布置，至少一個鏤空部布置在與冷卻水路隔開的位置處。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，冷卻水路設置在鏤空部和成型腔之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，成型腔形成在模具本體的一側(cè)面上，至少一個鏤空部從形成成型面的側(cè)面之外的其他側(cè)面凹入。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，模具本體為圓筒形，鏤空部為圍繞圓筒形的模具本體的圓周設置的凹環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，模具本體為六面體形，模具本體還包括側(cè)鏤空部或底面鏤空部，其中側(cè)鏤空部凹入設置在模具本體的圍繞成型腔的五個面上。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，鏤空部內(nèi)設有加強肋，加強肋將鏤空部分隔成多個小腔室。

此外，本發(fā)明還提供了一種形成如上所述的3D打印模具的方法，其中，通過3D打印一體成形鏤空部和成型腔。

在上述方法中，較佳地，在3D打印進行之前，設計帶有鏤空部和成型腔的模具；在模具的3D打印完成之后，將模具從3D打印設備的底板上切割移除；以及對模具進行熱處理以去除應力。

采用根據(jù)本發(fā)明的3D模具以及制造3D模具的打印方法，可以在保證模具強度的前提下，節(jié)省需要的打印原材料，節(jié)省制造費用，同時，減輕模具的重量。

此外，由于需打印的體積明顯減小，因此，根據(jù)本發(fā)明的3D打印模具方法的制造速度也將更快。

附圖說明

圖1A和圖1B分別為現(xiàn)有技術中通過3D打印技術成型的模具的立體圖和剖視圖。

圖2A和圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的、通過3D打印技術成型的模具的立體圖和剖視圖。

圖3A和圖3B分別為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的、通過3D打印技術成型的模具的立體圖和剖視圖。

圖4A和圖4B分別為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的、通過3D打印技術成型的模具的立體圖和剖視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。

圖2A和圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的、通過3D打印技術成型的模具10的立體圖和剖視圖。該模具10采用3D打印成型技術成型，例如金屬粉末選擇性激光燒結(jié)技術(SLS)或選擇性激光熔化技術(SLM)，適用的材料包括1.2709鋼材。

從圖2A和圖2B中可以看到，3D打印成型的模具10具有大體圓筒形的模具本體11，其具有頂側(cè)、底側(cè)和在頂側(cè)和底側(cè)之間延伸的周向側(cè)。模具10具有的成型腔13從模具本體11的頂側(cè)凹入形成。模具本體11內(nèi)還包括冷卻水路16，該冷卻水路16從模具本體11的平坦的底側(cè)處開始延伸到成型腔13附近，并圍繞成型腔13的形狀布置，最后延伸到模具本體11的底側(cè)的另一個位置。冷卻水路16在模具本體11的底側(cè)上形成進水端口161和出水端口162，兩個端口161、162設置在間隔一定距離的兩個不同位置。

根據(jù)本發(fā)明的該實施例，模具本體11設有鏤空部181、182，鏤空部181、182被分別設置在兩個不同位置。第一鏤空部181設置在模具本體11的與成型腔13相對的一側(cè)，即，第一鏤空部181從模具本體11的底側(cè)凹入形成，優(yōu)選地，第一鏤空部181設置大致圓柱形。第二鏤空部182設置在模具本體11的周向側(cè)，即，形成為圍繞圓筒形的模具本體11的圓周設置的凹環(huán)。第一鏤空部181和第二鏤空部182均設置在與冷卻水路隔開的位置處，并且，鏤空部181、182與冷卻水路16之間的距離以及鏤空部181、182與成型腔13之間的距離(材料壁厚)應當滿足模具10在使用過程中的強度要求。

第二鏤空部182也可以不是一個連續(xù)延伸一圈的凹環(huán)，而是被分隔成多段凹入部段，例如三個、四個或六個等，相鄰凹入部段之間由加強肋分隔。此外，間隔設置的鏤空部較佳地對稱設置。這樣的結(jié)構，尤其對于體積較大的模具10而言，可以進一步加強模具本體11的強度。此外，優(yōu)選地，上述加強肋設置在最接近冷卻水路16的位置。

圖3A和圖3B分別為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的、通過3D打印技術成型的模具20的立體圖和剖視圖。

根據(jù)第三實施例的3D打印模具20具有一個大致方形的模具本體21，其具有頂側(cè)、底側(cè)和在頂側(cè)和底側(cè)之間延伸的四個平坦的側(cè)部。模具20的成型腔23從模具本體21的頂側(cè)凹入形成。模具本體21內(nèi)還包括冷卻水路26，冷卻水路26從平坦的底側(cè)的一個位置延伸到成型腔23下方附近，并沿成型腔23底部的形狀布置在成型腔23下方，最后延伸到模具本體21的底側(cè)的另一個位置。冷卻水路26在底面上形成進水端口261和出水端口262。

根據(jù)本發(fā)明的該實施例，模具本體21具有鏤空部281、282，其中，鏤空部281凹入設模具本體21的底側(cè)上，與成型腔23相對，一部分冷卻水路26設置在成型腔23與鏤空部281之間。此外，模具本體21的鏤空部281分別從模具本體21的四個側(cè)部向內(nèi)凹入。鏤空部281、282與冷卻水路26之間的距離以及鏤空部281、282與成型腔23之間的距離(材料壁厚)應當滿足模具10在使用過程中的強度要求。

圖4A和圖4B分別為根據(jù)本發(fā)明第二實施例、通過3D打印技術成型的模具30的立體圖和剖視圖。

該模具30包括一個大致圓筒形的模具本體31，其具有頂側(cè)、底側(cè)和在頂側(cè)和底側(cè)之間延伸的圓周側(cè)。模具30的成型腔33從模具本體31的頂側(cè)凹入形成。模具本體31內(nèi)還包括冷卻水路36，該冷卻水路36從模具本體31的大致平坦的底側(cè)的中間位置開始延伸到成型腔33下方附近，并沿成型腔33底部的形狀布置在其下方，最后延伸到模具本體31的底側(cè)的另一個位置。冷卻水路36在模具本體31的底側(cè)上形成進水端口361和出水端口362。

根據(jù)本發(fā)明的該實施例，模具本體31在底側(cè)具有多個鏤空部38，其與成型腔33的位置相對。鏤空部38中包括沿模具本體31的底側(cè)到頂側(cè)的軸線方向延伸的加強肋39，這些加強肋39將鏤空部38分隔成多個小腔室，每個小腔室大致呈扇形，并且大致對稱設置。起到冷卻作用一部分冷卻水路36布置在鏤空部38與成型腔33之間。

根據(jù)本發(fā)明，3D打印模具包括了至少一個鏤空部，這些鏤空部的設置有利地減少了3D打印模具制造所需使用的材料量，從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。

本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。