制作高密度金属模和零件的方法

本发明涉及原型的快速制作方法。确切地说，本发明涉及制作 尺寸精确的金属件和可由其模制出许多个原型件的金属铸模的方 法。本发明还涉及一种通过采用可逆热材料制造模型的中间模型而 制备尺寸精确的金属铸模的方法。

比竞争对手更早地使新产品问市被公认为是占有广大市场的关 键。因而，它激励着人们加速新产品开发的每一个步骤。一个对整 个市场周期有重大影响的产品开发领域就是产品的制造和用于市场 检验的装配样品。这样的检验通常需要许多个外观、感觉相似且功 能相近的样品以供消费者使用或检验。

在要求产品数量的情况下，模铸是生产零件的常用方式。模铸 生产一般牵涉到在很昂贵的多型腔钢模中塑造的塑料件。例如，大 多数瓶子是吹塑而成的，而大多数瓶盖是注塑而成的。人们一般采 用大的产量来评价模铸生产的成本。另一方面，市场检验可能只需 要数百个零件就够了。但是，通常需要使其具有与产品相同的性能 地模铸出样品。

因此，如何快速地获得模铸样品就成为复杂的课题。早有一些 解决方案被用于快速地制造可由其铸出少量零件的样品件铸模。例 如，可以在热态下在一个柔软的橡胶模中混合耐热材料粉末和热塑 性粘结剂。此方法形成了未经热处理的构件，接着进一步加热此未 经热处理的构件以便烧除粘结剂。用低熔点金属液浸润所形成的多 孔件，由此形成了一个没有机加工表面的高密度铸型。此方法的缺 点是，要对粉末进行烧结以便在去除粘结剂之后使铸型固定成型。 烧结造成颗粒占据了比它们未经烧结时少的空间。因此，烧结收缩 影响了铸模的精度和由其制出的零件的尺寸精度。

如带有用于冷却流体的通道的烧结金属件可以是通过将铜丝与 烧结粉末混合而形成的。当加热到烧结温度时，铜丝熔化并被吸收 到烧结颗粒的孔中，从而形成了通道。现有技术中的其它方法涉及 经烧结而形成基体的金属颗粒，而渗入所述基体中的金属可以在基 体中凝固。烧结方法造成颗粒多多少少地改变了它们的间隙，这导 致渗金属零件的尺寸不够精确。

另一个快速制作样品件的方法是熔模铸造法，它使用了通过快 速制作原型装置制成的模型而不是传统的注塑蜡模。这样的模型的 一个例子是QuickCastTM模型，它是加利福尼亚州瓦伦西亚市的3D 系统公司的产品。通过蘸涂方法给一个空心的塑料模型涂上薄薄的 陶瓷外壳。从陶瓷壳中烧除塑料，从而在烧除后留下了最少的残灰。 接着，将金属液注入陶瓷壳中，从而铸造出一个金属件或一个塑料 件的金属铸模。由于外壳只具有一个用于导入金属液的小孔，所以 难于观察残灰的临界面。任何残留在临界面上的残灰将潜在地破坏 金属铸造。金属液冷却并收缩，从而不能精确地重现临界面。零件 越大，则尺寸不精确的情况越严重。

熔模铸造方法的改进方案采用了一个环绕一个模型通过浇注陶 瓷料浆和粘结剂而形成的陶瓷外壳，其中可以通过化学方法控制粘 结剂以保证陶瓷外壳精确地固化。这对熔模铸造法来说是一种改 进，因为使外壳的制造更加快速了。但是，熔模铸造法仍然局限于 金属液收缩不加重尺寸不精确度的小型铸模。

一种制作高密度铸模的改进方法在1996年4月授予托宾的 US5,507,336中披露了。此方法包括将一个模型安放在一根其熔点 高于将用于金属模制造中的浸渗材料的熔点的管中。在模型面和管 开口端之间铸造出一个陶瓷件，以便将临界模型面转移给陶瓷件。 陶瓷面的形状与临界模型面的形状正好相反。烧掉模型而陶瓷面仍 留在管中。接着，从管的另一端给陶瓷涂覆金属粉末和浸渗材料， 然后将管子放入炉中，从而在整个陶瓷面上形成了金属件。金属件 的表面形状与陶瓷面正相反。当除去陶瓷件时，就形成了金属模。 金属模的形状与模型形状相同，而且它被有效地用于模塑制作形状 相反的塑料件。这对于具有外临界面的零件来说是一个理想的制作 方法。

托宾的方法破坏了由其制出陶瓷模的模型。人们需要一种不破 坏模型但尺寸精确地快速制作陶瓷模模型的方法。另外，通常需要 为塑料件模塑提供一种匹配的金属模。为此，金属模可能需要一种 与模型形状相反的形状。因此，陶瓷模需要具有与模型相同的形状 且因此需要一个在陶瓷模和模型之间形成的中间模。如在托宾的已 有方法中那样，任何陶瓷模的表面都应该不被污染，从而所形成的 金属模才能尺寸精确。

为了避免破坏模型，使用一个由按照需要可被舍弃或重新使用 的材料制成的中间模以将临界模型面转移到陶瓷模上，这是理想 的。蜡或硅酮橡胶已被用于此目的。蜡(是可逆热的)的缺点是它是 脆性的，而且当从模型中被除去时，尤其是在包括底切口和薄壁特 性的情况下，它可造成小构件被破坏。它还可在受热时膨胀并使陶 瓷胀裂。硅酮橡胶需要固化，当陶瓷固化放热时，硅酮橡胶可能变 形并造成在陶瓷模型中产生尺寸不精确的情况。另外，必须通过喷 气或其它迫使硅酮离开陶瓷的方式从模型中除去硅酮橡胶。尤其是 在包括底切口和薄壁特征的情况下，这可能造成陶瓷模破裂。

人们一直希望有这样一种方法，它无论零件大小都能避免烧 结，从而快速地制作出尺寸精确的且主要用于注塑的金属模，而且 能够通过所述金属模模塑出比较多的塑料件。

因此，本发明的一个目的是提供一种制作其形状与模型相反的 金属模的方法，它可以在公差为±0.005英寸的情况下生产出具有任 何尺寸的模型的尺寸精确的复制品。

本发明的另一个目的是提供一种使用弹性的可逆热材料来制作 形状相反的模型的中间模的方法，而且所述中间模在由其制作陶瓷 模时不变形，但可以在不破坏陶瓷模的精巧结构的前提下轻松地从 陶瓷模中除去中间模。

从以下描述中将明显看出这些和其它目的。

在本发明的一个方面中，一种根据一个模型制作高密度半模的 方法具有以下步骤：将一个具有临界模型面的模型放在一个具有一 开口端的砂箱中，临界模型面朝上地面向该开口端；用一种加入砂 箱中的浓缩的可逆热凝胶溶液覆盖临界模型面；冷却该凝胶溶液以 便形成一个弹性的固体胶模，该胶模具有由临界模型面传递过来的 且与该临界模型面形状相反的临界凝胶型面；从该弹性胶模上取下 砂箱和模型；环绕所述固体胶模地铸造出一个陶瓷模，该陶瓷模具 有由临界凝胶型面传递过来的且与该临界凝胶型面形状相反的临界 陶瓷面，该临界陶瓷面由此精确地复制出临界模型面；使所述胶模 液化以使其脱离陶瓷模；翻转该陶瓷模，从而临界陶瓷面朝上；用 一种粉末覆盖临界陶瓷面，该粉末包含其熔化温度高于一种浸渗剂 的熔化温度的微粒，并且在所述微粒之间有空隙；将大量的浸渗剂 覆盖在所述粉末上，然后将陶瓷模、粉末和浸渗剂放入一个炉子中 并且不使该粉末熔化和烧结地使陶瓷模、粉末和浸渗剂处于一个足 以熔化所述浸渗剂的温度下，该浸渗剂的数量足以充满所述微粒之 间的空隙，由此产生了一个高密度半模，当浸渗剂凝固时，该高密 度半模具有由临界陶瓷面传递过来的临界高密度型面，该临界高密 度型面的形状与临界陶瓷面相反；以及使陶瓷模脱离高密度半模以 便露出所述的用于模铸的临界高密度型面。

此方法可能还包括以下步骤：对高密度半模进行机加工，从而 一个配合半模可以对准该高密度半模以便进行零件铸造；机加工出 一个穿透该高密度半模的直浇口以便将可铸塑材料引向临界高密度 型面，由此铸造出零件。此方法可能还包括在凝胶溶液受到冷却以 便形成一个弹性的固体胶模时对凝胶溶液进行除气处理的步骤。

可逆热的凝胶溶液优选地含有约35％～50％的胶凝材料、约45％～ 65％的水和约0％～10％的脱泡剂。胶凝材料最好是明胶。凝胶溶液可 能还含有纤维或其它增稠剂。脱泡剂优选为硅酮。粉末是钨粉。浸 渗剂从包括铜、铜合金和铜铍合金的组中选出。模型是由环氧树脂 制成的且它是通过立体石印方法制成的。

尽管说明书以特别指出且对本发明明确提出保护要求的权利要 求书结束，但根据以下结合附图对优选实施例的描述，据信将会更 好地理解本发明，在所述附图中，相同数字表示同一零件。

图1是具有临界模型面13且位于第一砂箱3中的模型1的截面 主视图。

图2是在第一砂箱3内的模型1的截面主视图，其中将浓缩的 凝胶溶液5倒入该砂箱中。

图3是凝固的胶模7的截面主视图，该胶模具有由临界模型面 13传递过来的临界凝胶型面10且该胶模在第二砂箱8与凝固的胶模 7之间有一环形空间12地位于第二砂箱8中。

图4是第二砂箱8的截面主视图，此砂箱具有被浇注到凝固的 胶模7上的且被倒入环形空间12中并覆盖临界凝胶型面10的石膏 浆液或陶瓷液9。

图5是其中已取出第二砂箱8和胶模7的凝固的石膏模11的截 面主视图，由此露出了陶瓷环形壁16和临界陶瓷面14，所述临界陶 瓷面转移了临界凝胶型面10的形状并精确地复制了临界模型面 13。

图6是图4所示例子的一个替换实施例的截面主视图，其中环 形空间12部分地充有非放热性石膏乳液15以便在放热的石膏乳液 (未示出)被加入第二砂箱8之前支承胶模7。

图7是图5所示的凝固的石膏模11的截面主视图，它具有投放 在环形壁16中的且覆盖临界陶瓷面14的碳化钨微粒17以及投放在 微粒17顶面上的浸渗金属18。

图8是其截面主视图，它示出了将具有微粒17及浸渗金属18 的石膏模11放在一个炉子中并使浸渗金属熔化渗入微粒之间的结 果，由此形成了一个金属/颗粒复合模19，它转移了临界陶瓷面14 的形状。

图9是其截面主视图，它示出了在金属/颗粒复合模19已凝固 后取掉石膏模11的情况，由此露出了成型于金属/颗粒复合材料19 中的临界金属型面20。

图10是其截面主视图，它示出了转动90度的且其两端经过机 加工而形成了第一高密度金属半模21的金属/颗粒复合模19并示出 了按照相似方式制成的且用于与第一半模21配合的第二半模22， 从而可以模铸零件。

图11是零件23的截面主视图，所述零件是在配合的金属半模 21、22之间注塑而成的，零件23具有其形状精确地重现了模型1 的临界模型面13的形状的外表面24。

术语“陶瓷”在这里是指像石膏、粘土、硅石或其它非金属材 料这样的材料，它们可以被燃烧以产生硬化产品。

术语“凝胶”在这里是指通常形成胶态凝胶或弹性的或橡胶状 的固体材料的材料，它是固体但不脆。明胶是制造凝胶的优选材料。 它形成了在于凝胶接触陶瓷浇注材料时所经历的范围内不随温度变 化而膨胀或收缩的柔软弹性固体，所述陶瓷浇注材料固结成固体， 但是凝胶在陶瓷形状受到加热时或承受进一步的放热反应时熔化或 液化。

术语“可逆热材料”在这里是指一种在低于约50℃的温度下凝 固且在高于约65℃的温度下熔化或液化的材料。

现在参见附图，确切地说是参见图1。图1示出了本发明的一个 优选模型，它提供了一种制作高密度金属模的方法，该铸模整体用1 来表示。模型1优选地通过立体石印方法制成，这种方法是原型制 作领域公知的，其中通过激光固化聚合物快速加工出表示模型的电 子文档。更优选地是，模型1是由环氧树脂构成的且它通过 QUICKCASTTM(是加利福尼亚州瓦伦西亚市的3D系统公司的商标) 法被制成具有空心蜂窝结构。模型1具有临界模型面13，它例如具 有呈截头锥形瓶盖的外部形状。

图1示出了由朝上的临界模型面和环绕它的砂箱3支承的环氧 树脂模1。砂箱3的两端优选地是开口的且它具有延及模型上方以便 容纳安放在模型顶部上的材料的连续壁，如图2所示。模型1和连 续壁紧密地配合。

将一种弹性材料浇注到整个模型上。弹性材料可以是RTV硅酮 橡胶。制造这样的橡胶模在本领域中是公知的。从模型上取下橡胶 模的步骤可包括直接从模型上拉扯下橡胶模或者通过空气喷射使其 从模型上取下，因为它是柔性的且不黏在模型上。或者，弹性材料 可以是由可逆热材料如水解胶体的明胶溶液制成的固体胶。明胶容 易分散或溶解在热水中并在冷却时形成柔软的弹性材料。

弹性模被指定用作中间模，它将临界模型面转移给陶瓷模。在 开口砂箱中，按照相似的方式将陶瓷液浇注到整个弹性模上并使其 凝固。但是，陶瓷材料一般在放热结合反应中发热。这样的发热可 以造成RTV硅酮橡胶膨胀并使临界面的几何形状变形。另外，最终 必须通过拉扯动作或者通过空气喷射从陶瓷模中取出硅酮橡胶模。 在牵涉到薄壁部分或底切口的情况下，这样的取出步骤可能损坏脆 的陶瓷模。

通过使其熔化而简单地从陶瓷模中除去明胶。陶瓷的放热反应 一般使其附近的明胶熔化，从而在陶瓷硬化时不会出现表面变形。 可以用热水、甘油或醋酸冲洗所形成的陶瓷模，以便在烧烤陶瓷模 以使之硬化之前除去残余物。

明胶是一种通常从肉和某些奶制品中得到的蛋白质。它形成了 交绕的、局部交联的且其中夹杂水的蛋白质分子的基体或组织。优 选的明胶是250Bloom可食用猪皮明胶，这可以从依阿华州Sioux 市的Kind & Knox Gelatin购得。

可以使用满足这些要求的其它胶凝系列。可以使用λ角叉菜胶、 呫吨胶和角豆荚胶的混合物。纤维或其它结构材料可以分散在凝胶 中。它们将起到加强作用且可以随熔化的凝胶被简单地从陶瓷模中 除去。

凝胶溶液越浓越好。通常，形成这样的明胶溶液，它包括约35％～ 55％的胶质、约45％～65％的水、约0％～10％的表面活化剂或脱泡剂。 较优选地，明胶溶液包含了35％～45％的明胶固体、约50％～65％的 水、约3％～8％的脱泡剂。例如，所述明胶溶液是一种含475cc的水、 25cc脱泡剂、175g明胶的混合物。对于其它胶凝系统来说，采用相 似的比例，并且如何确定精确的数量是本领域技术人员公知的。可 以加入能结合水或降低凝胶的水活性的其它添加剂。例如，可以加 入甘油、糖或甘醇。

一般，将明胶加入冷水中。接着，加热混合物。水和明胶或胶 凝材料被加热到约80℃～100℃。或者，可以将明胶或其它胶凝材 料加入热水中。搅拌溶液直到凝胶溶解或分散为止，从而混合物显 得均匀。溶液最好在微波炉中进行加热以保持水温并促进分散。可 以在分散过程中将溶液放置在真空状态下以防止起泡，也可采用其 它除气方法。

在水与明胶结合前，最好将表面活化剂或脱泡剂加入水中。硅 酮和非离子表面活化剂是良好的脱泡剂。可以使用二甲基硅氧烷 酯。优选的脱泡剂是聚二甲基硅氧烷，它可作为Foam Drop-S从俄 亥俄州辛辛那提市的Spectrum Services购得。

在端部开口的砂箱中，凝胶分散体被浇注到整个模型上，如图2 所示。要注意的是，模型在将热的明胶溶液浇注到其上时吸收了水 分。立体石印法所用的树脂通常对水分敏感。因此，先通过喷涂一 薄层KRYLONTM漆地密封模型表面可能是有利的，所述漆是俄亥俄州 琐伦市的Sherwin Williams Co.的产品。

在明胶浇注阶段除气也是有利的。浇注例如可以在具有30英寸 汞柱真空的真空室内进行。去除夹杂气体以防止气泡在模型/胶界面 聚集。凝胶内夹杂的空气或气体也可能造成凝胶基体不稳定。可以 分多次浇注明胶，这取决于零件的大小，从而除气在去除气泡方面 更有效。最好在下次浇注前可形成表皮地进行多次浇注中的第一次 浇注，从而气泡将不穿过第一表皮。

冷冻砂箱，直到凝胶已经形成了一个弹性的固体结构。根据凝 胶的浓度、模型尺寸和胶层厚度，需要大约1小时～15小时使凝胶 凝固。通常，在40°F或4℃下冷冻大约2小时～8小时就行了。高 浓度溶液将在室温下在几个小时内形成弹性的固体结构。

凝胶溶液的深度将取决于模型和陶瓷模所需的尺寸。本领域的 技术人员可以容易地确定出上述凝胶溶液的深度而无需反复试验。 通常，要求在各临界模型面上方有大约一英寸的最小凝胶厚度。

随后，固化的中间胶模被拉出模型外。在一个优选的实施例中， 可简单拆除侧壁地制成砂箱，然后使侧壁脱离胶模，接着将胶模扯 离模型。从结构上讲，胶模的弹性即使在有底切口和薄壁部分的情 况下也足以轻松地取出模型件并且不变形地保留模型临界面的相反 复制形状。

胶模最好保存在冷藏温度下，但是未被冻结。蛋白质在其基体 内存储水，并持续暴露在高于大约18℃的暖温下可使水析出。这可 能影响胶模临界面的精度。

图3披露了安放在第二砂箱中的胶模，石膏乳液或陶瓷液将被 加入所述砂箱中。使临界凝胶型面向上对着第二砂箱开口端地安放 胶模。最好在第二砂箱和胶模之间留有足够的空间，从而陶瓷将在 所述空间中环绕胶模地成型。由此制成的陶瓷模将具有连续的、环 绕临界陶瓷面的环形陶瓷边缘，从而陶瓷模可无需另一个砂箱地被 轻松地用于铸造渗金属铸模。

石膏或其它陶瓷材料在胶模上方有一定厚度地被注入第二砂箱 中。浇注深度最好为在胶模上方约有1cm～5cm。浇注的陶瓷材料优 选地在真空下被除气，以便除去任何可能影响最终的陶瓷模成形的 气体。石膏或陶瓷材料先凝固或固结成固态形状，接着完全凝固。 在结合过程中，在石膏中发生放热反应，这使周围的凝胶熔化。砂 箱优选地涂有脱模剂，从而可以轻松地从陶瓷模上取下砂箱。

在一个优选的实施例中采用了两种不同的陶瓷材料。胶模的一 部分先被包围在凝固而形成刚性结构但不放热或不使凝胶组织承受 接近其熔点或液化点的温度的第一石膏或粘土材料中。这种非放热 性材料一般是脆弱的。浇注这种材料，使之充满或部分充满环形空 间以便固定胶模，否则胶模可能在浇铸整个石膏结构时因石膏的密 度大于明胶密度而上浮。由于非放热的陶瓷比较脆弱，所以环形壁 一般被制成至少一英寸厚以便搬运。第一石膏在约45分钟～90分钟 内凝固。

在第一陶瓷模凝固后，施加第二石膏或粘土，以覆盖第一陶瓷 模和临界凝胶型面。第二陶瓷材料经历了放热反应以提高其强度， 并且它容易地与第一陶瓷模粘结在一起。放热的石膏一般在大约10 分钟后凝固。给用于第二石膏的粘结剂降温可能有助于减缓反应并 提供更长的石膏除气时间。两阶段石膏浇注法形成了一个更精确的 陶瓷模，它的临界陶瓷面精确地复制了原模型的临界模型面。图6 示出了采用第一石膏15的情况。

优选的非放热性磷酸盐粘结石膏是一种847芯砂，这可以从俄 亥俄州毛米市的Ranson & Randolph购得。也可从俄亥俄州毛米市 的Ranson & Randolph购得的Cl-芯砂是最优选的放热性陶瓷材 料。它是熔融石英、硅酸锆、磷酸铵、二氧化硅(方英石)和氧化镁 的混合物。可以使用也可以从Ranson & Randolph买到的芯硬化剂 2000。它含有无定形二氧化硅和6-羟基-3-氧代-9-呫吨-O-苯甲酸 二钾。

当在第二砂箱中将陶瓷液浇注到胶模上时，胶模最好处于其冷 藏温度下。在陶瓷凝固后，可以在炉中加热陶瓷模和残余明胶以使 凝胶完全熔化以便轻松地除去它。炉温应在大约100℃～275℃之间 以确保凝胶熔化但又不致于过热而使蛋白质分解。在基体内含水的 明胶缓慢熔化或液化，但中心部分受到足够的绝热保护，从而100 ℃以上的温度不会因水沸腾而带来麻烦。

对应于第二砂箱底端的陶瓷模的开口端允许轻松地接近以从陶 瓷模中倒出熔化的或液态胶凝分散体。另外，可以通过开口端轻松 地观察临界陶瓷面以确定所有明胶和任何残余物都已清除。

为了进一步处理，将陶瓷模放在炉中并加热到约1100°F(990℃) 至少3个小时，以使石膏完全固化。由于在需要烧除的陶瓷上没有 留下残余物，所以可以使用氢气。与使用环氧树脂和蜡的陶瓷模制 作方法相比，没有残余物是一个重要的区别。

根据96年4月16日授予托宾的共同转让的美国专利 No.5,507,336的教导，金属模可以由陶瓷模制成，将上述文献内容 作为参考引入本文。但是，可以无需外管地制成金属模，因为本发 明的陶瓷模具有连续的、环绕临界陶瓷面的环形边缘。

图7示出了将细粉末如钨粉洒到石膏模11的临界陶瓷面14上 的情况。石膏模具有一个在临界面上方分布的环形壁。环形壁可以 使临界陶瓷面完全被粉末覆盖。粉末最好被筛选到小于350目，具 有小于45微米的颗粒尺寸。

在粉末上面散布了粉末、碎屑或其数量足以充填粉末颗粒间隙 的浸渗金属料。浸渗金属可以是铜或其合金，但它优选地是青铜粉 末(80％铜/20％锡)。来自伊里诺斯州Franklin Park的美国青铜粉末 公司的XF2铜在这里是有用的。接着，将陶瓷件放入氢气炉中。使 此炉子跃升到大约1775°F(985℃)并保温约90分钟。在炉子的还原 气氛中，上述温度造成青铜熔化并流入未熔化的粉末中，从而形成 了金属复合材料。粉末也起到了过滤层的作用且防止了来自熔融浸 渗金属的杂质到达临界陶瓷面。因此不需要多孔的陶瓷过滤材料， 如那些用于熔模铸造的过滤材料。

在其被浸渗之前，陶瓷件起到了粉末的绝热件的作用。粉末不 像放置在粉末上的浸渗金属那样快地达到炉温。但是，当熔融的浸 渗剂在其熔化温度以上被过热时，它在浸渗时加热温度较低的粉 末。钨粉一般保持在其烧结温度下，由此消除了在临界陶瓷面上的 粉末烧结现象。

当青铜冷却时，它收缩。但是，堆积在一起的未熔化颗粒占据 了临界陶瓷面附近的材料体积的很大部分。由于颗粒最好不熔化或 不烧结，所以它们不收缩。铜通过重力和毛细管吸力充填在颗粒之 间，从而形成了金属复合材料。当凝固时，复合材料精确地呈现其 形状与临界陶瓷面相反的临界型面并因此复制出模型的临界模型 面。缩陷一般形成顶面的过凝浸渗金属。

颗粒尺寸、颗粒尺寸分布和粉末的颗粒形状可能以不同方式影 响工艺过程。更细的颗粒通常导致更光滑的表面光洁度。颗粒尺寸 分布影响着粉末的振实密度，它又影响着最终模型中的粉末/浸渗金 属比。钨粉(7微米～9微米)的振实密度一般平均为20％～30％。通 过调整颗粒尺寸分布，可以明显地提高振实密度。

图9示出了取出石膏模以便露出临界金属型面的情况。金属/颗 粒复合材料的端部随后经过机加工，从而复合材料形成了第一半 模，它可以与第二半模配合，如图10所示。第一半模上也可能具有 一个机加工出的直浇口25。

图10示出了与第一半模配合从而在其间形成一个模腔的第二半 模。第二半模可以是通过相似的快速原型制作方法制成的。半模优 选地经过组合而形成一个注塑模。当熔融的塑料树脂经过直浇口25 被注入模腔中时，模塑出一个塑料盖24。在图11中示出了从模型中 取出的塑料盖24。

此方法的重要特征是利用了简单快速的转向步骤和在模型和铸 件之间精确地转移临界表面。另外，该模型制作方法不像熔模铸造 那样地局限于小零件，在熔模铸造中，由收缩引起的不精确度随颗 粒尺寸加重。本发明的高密度金属模结构因所选材料是导热优良且 非常耐磨的。

冷水钢管和/或顶套(未示出)可以在浸渗金属熔化前被加入颗 粒中。接着熔融的青铜环绕未熔化的钢镶嵌物地凝固，从而将它们 固定到位。

在本发明的一个特别优选的实施例中，模型1是由环氧树脂# SL5170(来自3D系统公司)制成的，它通过立体石印方法并采用 SLA0250型机器(由加利福尼亚州瓦伦西亚市的3D系统公司制造)由 电子文件形成。

本发明的优选实施例使用了金属粉末和金属浸渗剂来制造高密 度金属模，但是，可以有许多种可被用于通过颗粒浸渗而制造模型 的材料的组合方案。因为所形成的复合材料具有适当的机械性能、 良好的导热性和生产注塑模的金属镶嵌件的机加工性能，所以选择 了金属粉末(钨粉)和金属浸渗剂(铜合金-青铜)。

成功并精确地重现模型形状的粉末和浸渗剂的主要选择标准分 成以下三方面：1)在用于浸渗基粉的温度范围内基粉(可能包含纤 维、大颗粒、细粉末及其组合物)和浸渗剂相互间以及与陶瓷模应该 是化学稳定的；2)浸渗剂应该能够在低于基粉熔点一半的温度下渗 透基粉以防止基粉颗粒烧结、收缩或变形；3)基粉和浸渗组合物的 表面浸润性能应该提高毛细管吸力以便进行快速和完全的浸渗。在 某些情况下，还原气氛和/或压力可被用于帮助浸渗过程。

本发明可用的基粉和浸渗剂的材料组合的替换例子包括：渗有 热固性环氧树脂的金属粉末、渗有铝的陶瓷粉末以及渗有热固性环 氧树脂的陶瓷粉末。

尽管已经描述和画出了本发明的特定实施例，但对于本领域普 通技术人员来说，显然可以在不超出本发明范围和精神的情况下对 本发明作出各种改进和修改，本发明意在于后续的权利要求书中覆 盖所有这样的落在本发明范围内的修改方案。例如，基本上针对金 属模加工地描述了本发明。其它预想的潜在用途包括用于放电机加 工(EDM)的电极的加工。铜合金/钨合金复合金属电极将提供优异的 EDM工艺所必需的导电性和耐磨性。