热喷涂技术在模具行业中的应用
传统模具制造方法的设计制造周期长、成本高，例如，在汽车工业中，从车型设计、模具设计到制造、模具调试、产物投产、出产的整个周期中，模具设计与制造约占2/3的时间，剧烈竞争的市场给模具的开发提出了高效、高质量和低成本的需求。
快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）概念于1979年提出，日本东京大学中川威雄教授发明晰叠层模型造型法。1988年，美国3DSystems公司推出快速成型设备SLA（激光立体造型，Stereo-Lithography Apparatus）。
快速成型技术归纳地运用了计算机辅助设计和制造技术、激光技术、材料技术，在没有传统模具和夹具的情况下，依据快速成型制造实体模型，选用仿制方法来快速制造三维实体模型。快速成型技术给模具的设计与制造带来了一次飞跃，它使模具的设计与制造逐渐趋向于数字化、快速化，大幅缩短了模具的制造周期，降低了生产成本。
快速成型技术现已日趋成熟。依据快速成型的热喷涂直接金属模具制造技术，以加工周期短、加工成本低、仿制精度高的特色，越来越受到大家的重视。
典型的热喷涂快速制模工艺流程包含：
（1）依据需求，进行CAD建模；
（2）运用RP技术，如分层实体制造、熔融堆积制造、叠层制造等工艺制造原型；
（3）在RP原型上喷涂金属，构成模具型面壳型；
（4）铺设冷却水道；
（5）然后在壳型上浇注收缩率低的背衬材料；
（6）脱模，打磨模具表面，获得具有亮光、精细表面的金属模具。
早期的热喷涂快速制模技术，多选用电弧喷涂锌基合金等低熔点金属材料。锌基合金材料硬度较低、耐磨性较差，使模具的应用遭到了很大的约束。近年来，国外已开始研究电弧喷涂快速制造钢基模具，并获得了较大进展。当前效果较好的是选用陶瓷等耐高温固体材料对树脂基或纸基零件模型进行仿制，仿制物经过干燥和烧结后，可在其上热喷涂堆积钢基涂层制造模具，因为模具选用高强钢等高强金属材料喷涂而成，因而能够得到高强度和高表面耐磨性的模具型腔。英国Novac公司与牛津大学合作开发了一种电弧喷涂钢基材料快速制造模具的工艺，该工艺突破了热喷涂技术不易制造大尺度模具的约束，美国福特公司选用该技术已可制造近1m2的大型汽车拉延模具。
国内，如今已有一些单位开始选用电弧喷涂低熔点锌基合金的制模技术。在选用热喷涂方法快速制造高熔点、高硬度模具方面，一些科研单位进行了开发研究，并获得了一些进展。
清华大学的等离子喷涂快速制模工艺，就是在快速原型表面上喷涂金属、热喷涂粉末构成金属壳层，经过一些后处理工序能够快速制造出模具，能够广泛用于注塑摸、汽车覆盖件拉延模等模具的制造。
西安变通大学选用电弧喷涂和电刷镀一体化模具制造技术，进行轿车新车型的中大型冲压模具快速制造。该技术选用电弧喷涂工艺制造出低熔点金属型腔，在填充恰当的背衬材料并脱模后，运用电刷镀技术在模具表面刷镀强化涂层，进一步提高模具表面硬度和耐磨性，并使模具表面硬度和耐磨性更接近钢模具，进而完成模具的快速制造。该项目已开始产业化，在国内多个汽车厂得到应用。
热喷涂快速制造模具技术也存在一些局限性，首先，因为热喷涂堆积的视点应大于45°，所以不适于制造有较大崎岖或形状很杂乱的模具；二是热喷涂快速模具的仿制过程中，有可能发生模具的部分失真，影响最终的模具质量。
热作模具，不仅在较高的温度环境下作业，并且遭受磨损、揉捏、冲击及冷热疲劳，因而对其表面通常有严格的要求，若表面硬度、红硬性、抗氧化性、抗腐蚀性差，则在使用过程中容易损坏，缩短寿命，因而模具表面通常要进行强化处理。当模具表面划伤后，只要损伤程度不严重，也可进行修复，延长模具寿命。
热喷涂技术在表面强化与零件修复工艺方面，具有工艺方法灵活多样、材料挑选广、施工便利敏捷、适应性强、修复强化效果显著及经济效益高等长处，适合于大型模具以及严重磨损条件下作业的模具。进行模具表面强化与修复，运用较多的有火焰喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂。火焰喷涂设备简单、操作便利、成本低，但其喷涂层强度不高，热影响区和变形较大，因而常常用于低强度模具的表面形状修复，修复后模具寿命较低。
等离子喷涂，热源能量密度较高，可用于模具表面改性处理，或用于模具表面微量磨损修复，但喷涂层与基材之间为机械结合，所以多用于非冲击载荷条件下的模具表面改性及形状修复，例如，在热作模具表面等离子喷涂钴基合金，较传统方法可延长两倍寿命。在工具钢制造的高熔点金属模上等离子喷涂0.5-1.0mm的氧化铝涂层，可将使用温度从1320℃提高到l650℃；喷涂氧化锆涂层，使用温度可达2370℃，模具的寿命可延长5-10倍。
超音速喷涂获得的喷涂层与基材之间的结合强度高，故可用于中等冲击载荷下的模具表面改性及修复，且修复后模具不需或只需少量机加工就能够重新使用，该技术已被一汽成功用于拉延模重要作业面的表面改性，模具寿命明显提高。广州有色金属研究院选用超音速喷涂硬质合金工艺，使不锈钢模修模频率从500件进步到7000件/次，寿命提高3-8倍。
运用热喷涂快速制造模具技术和模具表面的强化和修复技术，能够节约很多时间和成本，满足了现代工业对模具制造业的需求，已成为模具工业的发展方向之一。
当前，热喷涂快速制造模具技术已在我国得到较广泛的运用，但依据热喷涂的模具表面强化和修复技术在模具制造中的运用还相对较少。随着技术的发展，热喷涂技术在模具制造中将会得到更为广泛的运用，推进我国模具制造业的发展。
（来源：华夏模具网)
