均匀的压力传递是热等静压过程中需要柔性模具的根本原因。模具充当动态压力传递介质，将静液压均匀地传递到复合材料样品的每个表面。通过贴合材料，它确保了部件的内部密度高度一致，避免了使用刚性工具制造的零件常有的结构弱点。
核心要点：柔性模具充当一个“柔韧的包套”，确保各向同性压力在不损失的情况下传递到内部颗粒。这消除了应力集中和密度梯度，这对于制造复杂的、高完整性的结构（如骨植入物支架）至关重要。
压力传递的力学原理
充当包套模具
在此过程中，柔性模具充当套模或包套模具。它完全包围粉末材料，提供容纳和支撑。
由于模具不是刚性的，它可以实时改变形状。它在压缩过程中贴合粉末的几何形状，确保在整个致密化过程中保持接触。
实现各向同性力
该系统使用高压腔内的油来产生力。柔性模具充当液压流体和复合材料之间的界面。
它确保施加的压力是各向同性的（在所有方向上相等）。这使得压力能够均匀地传递到内部复合颗粒，而不会像刚性模具壁那样产生摩擦损失。
对材料结构的影响
消除密度梯度
传统的单轴压制使用刚性模具，从一个方向进行压制。这通常会导致密度梯度，即材料在移动活塞附近密度较高，而在其他地方则较疏松。
柔性模具可防止此问题。通过同时从所有侧面施加压力，可确保整个材料体积的密度分布均匀。
实现颗粒重排
在加热和塑化阶段，复合颗粒需要移动以消除空隙。柔性封装允许这些粉末颗粒自由重排。
这种运动自由度有利于紧密结合。它支持复杂几何结构的形成，同时保持最终零件的三维完整性。
理解权衡
工艺复杂性与结构质量
虽然柔性模具提供了优越的内部结构，但它们增加了工艺的复杂性。与能够高精度定义最终形状的刚性模具不同，柔性模具主要是一个压力容器。
这意味着该工艺侧重于初步致密化。结果通常是一个具有优良内部特性的“生坯”或块状坯料，但可能需要后续的加工或处理才能达到最终的尺寸公差。
缺陷减少
主要权衡是投资于更复杂的工艺以避免致命缺陷。使用柔性模具可显著减少内部孔隙和分层缺陷。
对于安全关键应用，如核燃料芯块或生物医学植入物，这种缺陷的减少超过了模塑工艺增加的复杂性。
为您的目标做出正确选择
- 如果您的主要重点是内部结构完整性：使用柔性模具确保密度均匀，并防止导致零件失效的应力集中。
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：依靠柔性模具的能力来适应那些从刚性钢模中难以脱模的复杂形状。
柔性模具不仅仅是一个容器；它是将液压转化为结构均匀性的活性组件。
总结表：
| 特征 | 柔性模具 (WIP) | 刚性模具 (单轴) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 各向同性 (所有方向) | 单轴 (单一轴向) |
| 压力介质 | 通过柔性套筒的液压流体 | 机械活塞 |
| 密度分布 | 高度均匀，无梯度 | 可变，靠近活塞处较高 |
| 内部缺陷 | 最小 (低孔隙率/应力) | 分层/孔隙风险高 |
| 复杂性支持 | 非常适合复杂/支架形状 | 仅限于简单几何形状 |
| 摩擦损失 | 可忽略不计 | 在模具壁处显著 |
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参考文献
- Elżbieta Pietrzykowska, Witold Łojkowski. Microstructure and Mechanical Properties of Inverse Nanocomposite Made from Polylactide and Hydroxyapatite Nanoparticles. DOI: 10.3390/ma15010184
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
