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美國復(fù)合材料制造商協(xié)會（ACMA）前技術(shù)總監(jiān)Bob Lacovara認為，越來越多的模具開始采用環(huán)氧樹脂和碳纖維來制造，特別是對尺寸和模具穩(wěn)定性要求比較高的場合。
“環(huán)氧樹脂比聚酯樹脂稍微耐用一點，它們具有較高的熱穩(wěn)定性，因此在需要高溫固化的應(yīng)用中，環(huán)氧樹脂是一個很好的選擇。”Lacovara說。他近入選了ACMA杰出人物。
摒棄模型
“我認為新偉大的創(chuàng)新是直接模具的數(shù)控加工，它消除了模具生產(chǎn)過程中制造模型的步驟。”他說，“因為模型所用材料本身都有一些限制，而且部件的表面質(zhì)量要求也是一個問題。”
“下一步就是開發(fā)出一種可以獲得A級表面的技術(shù)，從而大大降低加工的成本和時間。”Lacovara說到。Lacovara領(lǐng)導(dǎo)著一家名為Convergent復(fù)合材料的咨詢公司。
美國佛羅里達州的一家模具制造廠Mollicam采用五軸CNC（計算機數(shù)控）加工中心為復(fù)合材料行業(yè)生產(chǎn)模型、原型和模具，可以為臨時的和產(chǎn)量有限的模具加工直接模具。該工廠有四臺CNC機床，用于生產(chǎn)模具、船體和其他復(fù)合材料部件。
其中一個直接模具項目來自船艇制造商Wellcraft Marine公司。
“客戶想要測試一個新的船體設(shè)計，需要一個模具生產(chǎn)出一個部件，讓其在水中實際行駛。”Mollicam公司總裁Jeremy Mollica說到，“如果該部件運行良好，他們計劃用該模具再生產(chǎn)一個部件，并將其轉(zhuǎn)換為玻纖母模。然后他們將由此制造一個生產(chǎn)用模具。”
“直接模具以客戶的需求為基礎(chǔ)，我們經(jīng)常加工直接模具，特別是一次性的部件。我們參與了許多主題樂園和船艇行業(yè)的項目。藝術(shù)作品和雕塑通常也都是一次性的項目。”他說。
模具材料根據(jù)客戶制造部件所用的材料來確定。
“如果是一次性項目，而且表面質(zhì)量要求不是很高。我們將直接加工成泡沫，然后在表面涂覆一層密封膠。”Mollica解釋說，“如果只生產(chǎn)一個部件，但對表面質(zhì)量要求較高的話，我們會將泡沫尺寸加工的小一點，然后附上一層玻璃，再在玻璃層壓板上噴涂一層工程油灰。我們會將后的表面制作的稍高一點，然后再進行加工，使其變低。”
“在為20個或20個以上的大量部件制造模具時，好先生產(chǎn)一個模型。”Mollica說，“有了模型就可以生產(chǎn)出足夠堅固的模具。如果模具需要進入高壓釜，經(jīng)常加熱，我們就要對模型進行機加工，從而使生產(chǎn)出的模具達到高溫要求。”
根據(jù)計算機數(shù)據(jù)進行的CNC加工是非常精確的。母模生產(chǎn)用的可加工復(fù)合材料模具板和板材來自不同的制造商。這些產(chǎn)品范圍從聚氨酯泡沫、合成環(huán)氧樹脂到碳泡沫。這些材料粘結(jié)在一起后，被加工成特定的模具形狀，然后將其密封防止層壓樹脂滲透，并用雙馬來酰亞胺或環(huán)氧層壓板包覆，后才進行機加工。
位于華盛頓州的美國的復(fù)合材料模具制造商Janicki工業(yè)公司開發(fā)了上大的CNC刨槽機之一。該機械的外殼尺寸大可達30.5×6×2.4米。
在制備傳統(tǒng)模具過程中，Mollicam采用五軸CNC刨槽機對一個船體模型進行加工。
其模具就是根據(jù)該模型制造的。
Mollicam工廠正使用五軸CNC刨槽機為船體加工直接模具
大型航空航天模具
Northrop Grumman航空航天系統(tǒng)制造開發(fā)工程師Bob Vale說，機身結(jié)構(gòu)不斷增加復(fù)合材料的用量，也變得越來越大越來越復(fù)雜。去年，在加利福尼亞圣地亞哥舉辦的制造工程師學(xué)會（SME）復(fù)合材料模具大會上，他提到Northrop早已將雙馬來酰亞胺（BMI）作為模具加工的佳復(fù)合材料，并在飛機制造商的項目中不斷取得成功。
Northrop已經(jīng)設(shè)計制造了600多個BMI模具。Vale說，通常，這些重量只占鎳鋼模具40%的模具要在150 ℃的溫度和100 psi的壓力下經(jīng)過700多個高壓加熱循環(huán)。采用復(fù)合材料制造航空航天模具和鋪設(shè)芯軸的難題之一是要滿足嚴格的材料需求。
這些特定的需求包括：能夠承受少500個循環(huán)；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在204℃以上，以滿足高生產(chǎn)速率條件下176℃的固化溫度要求。這些模具還必須具有高成本效率，能夠抵抗紫外線，耐磨損，能夠抵抗環(huán)境老化因素，同時保持較高的尺寸完整性和穩(wěn)定性。
Janicki工業(yè)公司開發(fā)并使用的這臺先進的超大CNC刨槽機大外殼尺寸為30.5×6×2.4米。
FormaShape是北美大的復(fù)合材料和部件供應(yīng)商之一，
專門為輕質(zhì)RTM工藝制造了這一模具。
馬薩諸塞州Lynnwood 市的Carver復(fù)合材料模具公司總裁Larry Carver說，飛機制造商加大復(fù)合材料用量的趨勢推動了BMI和其他先進材料的發(fā)展，為復(fù)合材料模具開辟了新的道路。在SME復(fù)合材料模具大會上，Carver發(fā)言說，Northrop嘗試采用環(huán)氧基復(fù)合材料模具的初衷是為了滿足F/A 18 A/B 大黃蜂（Hornet）戰(zhàn)斗機中碳纖維部件的熱膨脹系數(shù)要求。
Carver說，今天，Northrup在其Super Hornet中使用大約59%的碳纖維材料。他提出了一種以碳泡沫為芯材，BMI/碳纖維為表皮的材料概念，為大型復(fù)合材料部件制造復(fù)合材料模具。他認為，BMI、碳纖維和碳泡沫非常適合制造大型鋪設(shè)芯軸，在復(fù)合材料表皮的制造中可以進行纖維的自動化鋪設(shè)和手工鋪放。
BMI基材料
Hexcel的HexTOOL M61是由HexPly ® M61 BMI樹脂生產(chǎn)的，非常適合進行高溫高壓加工。它含有不規(guī)則的單向碳纖維預(yù)浸料層。HexTOOL可以作為多層準各向同性手糊材料，并用CNC機床加工至緊公差。這種材料非常適合于176-190℃的高壓固化工藝，可以修補，尺寸穩(wěn)定，能保持完全的真空，即使經(jīng)過500個以上的固化循環(huán)也無影響。
HexTOOL模具比鋼質(zhì)或鎳鋼制成的模具更輕，也更節(jié)能，比標準復(fù)合材料公差更緊，因此成本效益也更高。該公司還提供一種環(huán)氧樹脂基的模具HexTOOL M81，由準各向同性的預(yù)浸料氈組成，比標準復(fù)合材料模具厚。該模具預(yù)浸料先在120℃下固化6小時，然后在204℃后固化兩小時，專門用于生產(chǎn)120℃固化的部件。
Cytec工程材料公司的DURATOOL 450 BMI/碳纖維模具預(yù)浸料是一種高性能的模具系統(tǒng)，可在190℃下連續(xù)工作，在204℃下進行短周期循環(huán)。經(jīng)過初始的高壓固化過程后，該模具層壓板脫模后單獨進行后固化。實踐證明，該預(yù)浸料在190℃下經(jīng)過100多個高壓循環(huán)都不會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。Cytec提供的其他模具預(yù)浸料還包括CYFORM 7620，一種中溫固化環(huán)氧系統(tǒng)，可以為大型的難鋪設(shè)的模具帶來大的附著力和長的使用壽命。
先進復(fù)合材料集團（ACG）近又推出了兩種BMI基材系統(tǒng)HTM 556和 HTM 515-1模具預(yù)浸料，為結(jié)構(gòu)模具和部件市場提供優(yōu)異的加工性能和耐高溫性。據(jù)說這兩種材料強度更高，不會出現(xiàn)微裂紋，可以提高真空完整性，延長模具壽命。HTM 556可以在200℃下連續(xù)使用，而HTM 515-1可以承受250℃的熱循環(huán)。
采用Touchstone研究室的CFOAM®碳泡沫為輕質(zhì)復(fù)合材料賽艇座椅制造的復(fù)合材料模具。
RAMPF Tooling公司的RAKU-TOOL®系列環(huán)氧和聚酯板可制成
具有良好尺寸穩(wěn)定性和耐高溫性的模具。
該公司還擁有LTM®系列低溫固化環(huán)氧基預(yù)浸料，可以進行后固化，使用低成本低溫母模生產(chǎn)耐高溫的輕質(zhì)復(fù)合材料模具。ACG的另一種產(chǎn)品DForm™可變形復(fù)合材料模具預(yù)浸料據(jù)說是一種省工省錢的預(yù)浸料技術(shù)，既有短纖維模塑料的一致性，也有高性能長纖維復(fù)合材料的定向特性。
Amber 復(fù)合材料公司提供HX系列低溫環(huán)氧模具預(yù)浸料。例如HX42，它有5天的出倉壽命，終端使用溫度達200℃。該系列的另一種產(chǎn)品HX90N使用了納米改性的環(huán)氧樹脂，具有更好的表面平滑度和模具表面質(zhì)量。據(jù)說該預(yù)浸料不僅具有極小的熱膨脹（比其他材料低60-70%），還具有優(yōu)異的表面質(zhì)量和較高的終端使用溫度。