（機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)論文）基于rprt技術(shù)的手機(jī)外殼研制.pdf

論文題目：基于r p r t 技術(shù)的手機(jī)外殼研制 專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化 碩士生：陳金玉( 簽名) 疊璽金亟 指導(dǎo)教師：楊來俠( 簽名) 摘要 手機(jī)作為現(xiàn)代人們生活的必需品，在過去十幾年的發(fā)展歷程中，各廠商都嘗試著在 手機(jī)外殼造型、材料工藝和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行不同的組合。為了提高手機(jī)在市場上的競爭 力，客觀上要求對制造手機(jī)外殼的關(guān)鍵工藝一模具的開發(fā)周期和制造成本進(jìn)行控制。基 于r p r t 技術(shù)的手機(jī)外殼制造，工藝簡單，無需要傳統(tǒng)的機(jī)械加工，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造， 到投入市場，大大縮短了開發(fā)周期，是手機(jī)外殼現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 本文建立了手機(jī)外殼制作的r p r t 集成制造系統(tǒng)。首先根據(jù)手機(jī)設(shè)計(jì)要求、傳統(tǒng)手 機(jī)外殼設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和快速成型工藝要求建立了簡單的手機(jī)三維模型；其次利用快速成型 工藝( s l a ) 做出了手機(jī)外殼的r p 原型，為提高r p 原型精度，主要從手機(jī)外殼臺階總面 積最少、變形特征總面積最少、過固化面積最少和零件的制作時(shí)間最短等因素來確定了 一個(gè)最優(yōu)的制作方向；然后制作了手機(jī)外殼的硅橡膠模；最后在全面系統(tǒng)地研究了r p r t 集成制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的制造誤差及其控制方法的基礎(chǔ)上，考慮到每個(gè)環(huán)節(jié)誤差的累積 效應(yīng)，按照一個(gè)閉環(huán)模式將累積誤差反饋到三維模型設(shè)計(jì)輸入端進(jìn)行誤差補(bǔ)償。 基于r p r t 集成制造系統(tǒng)制造手機(jī)外殼，解決了傳統(tǒng)加工難以解決甚至不能解決的 問題，大大縮短研制周期、提高了制造柔性，對手機(jī)外殼的快速制作具有一定的指導(dǎo)意 義。 關(guān)鍵詞：手機(jī)外殼：快速原型技術(shù)；閉環(huán)精度 研究類型：應(yīng)用研究 s u b j e c t ：t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fm o b i l ep h o n eb a s e do n s p e c i a l t y：m a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n ga n d a u t o m a t i o n n a m e ：c h e nj i n y u i n s t r u c t o r ：y a n gl a i x i a a b s t r a c t ( s i g n a t u ( s i g n a t u m o b i l ep h o n ei sam o d e mp e o p l e sl i v e sn e c e s s i t i e s i nt h e p a s t10y e a r s ，a l l m a n u f a c t u r e r so fc e l lp h o n ea r et r y i n gt oc o m b i n ew i md i f f e r e n tc e l lp h o n em o d e l i n g 、 m a t e r i a l st e c h n o l o g ya n ds t r u c t u r e i no r d e rt oi n c r e a s et h ec o m p e t i t i v ea b i l i t yo fc e l lp h o n e i nt h em a r k e t , i tr e q u i r e sc o n t r o lt h ek e yt e c h n o l o g ym a d et h es h e l lo fc e l lp h o n e - - t h e m a n u f a c t u r i n gc o s t sa n dd e v e l o p m e n tc y c l eo ft h em o l d s b a s eo nr p r t , t h es h e l l m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yo fc e l lp h o n ei ss i m p l e ，t h e r ei sn on e e df o rt h et r a d i t i o n a l m e c h a n i c a lp r o c e s s i n g f r o mt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fp r o d u c tt oe n t e r i n gt h em a r k e t , t h ed e v e l o p m e n tc y c l ei sg r e a t l yr e d u c e d ，w h i c hi sa ni m p o r t a n td i r e c t i o no fc e l lp h o n e m o d e r nm a n u f a c t u r e i nt h i sp a p e r , w es e tu pt h er p r t i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mo f t h ec e l lp h o n e p r o d u c t i o n f i r s t l y , a c c o r d i n gt oc e l lp h o n ed e s i g nr e q u i r e m e n t , t r a d i t i o n a le x p e r i e n c eo f c e l lp h o n ed e s i g na n dr a p i dp r o t o t y p i n gp r o c e s sr e q u i r e m e n t s ，e s t a b l i s h e das i m p l e3 - d m o d e lo fc e l lp h o n e ；s e c o n d l yu s i n gr a p i dp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y ( s l a ) m a d eac e l lp h o n e r pp r o t o t y p e i no r d e rt oi m p r o v et h er pp r o t o t y p ea c c u r a c y , m a i n l yr e d u c et o t a la r e ao f l e v e l ，t o t a la r e ao fd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t o t a la r e ao ft h ec u r i n ga n dp a r t sp r o d u c t i o n t i m et ot h el e a s t , u s i n gw h i c ht om a k et h eb e s tp r o d u c t i o nd i r e c t i o n ；t h e np r o d u c e dac e l l p h o n es i l i c o nr u b b e rd i e ；a tt h el a s tb a s e do nc o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i cs t u d yo ft h er p r ti n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e me a c hl i n k sm a n u f a c t u r ee r r o ra n di t sc o n t r o lm e t h o d , t a k i n gi n t oa c c o u n te a c h1 i n ke r r o r sc u m u l a t i v ee f f e c t , t h ea c c u m u l a t e de r r o rw i uf e e db a c k a c c o r d i n gt oac l o s e dl o o pp a t t e r nt ot h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e ld e s i g ni n p u te n df o re t r o r c o m p e n s a t i o n b a s e do nr p r ti n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m , t h ep r o b l e m s o fs h e l l m a n u f a c t u r i n go fc e l lp h o n ei nt r a d i t i o n a lm e t h o d sa r es o l v e d , t h ed e v e l o p m e n tc y c l ei s g r e a t l yr e d u c e d ，t h em a n u f a c t u r i n gf l e x i b i l i t yi si m p r o v e d ，w h i c hp r o v i d e sc e r t a i ng u i d i n g s i g n i f i c a n c ef o rt h es h e l lr a p i dm a n u f a c t u r i n go fc e l lp h o n e k e y w o r d s ：s h e l l o fc e l lp h o n e r a p i dp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y c l o s e d l o o p a c c u r a c y t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 姿料技太學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及其取得研究成果。盡我所知，除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不 包含其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得西安科 技大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對 本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：乍輇玉日期：咖寥、7 學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期 間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部 門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文被查閱和借閱。學(xué)?？梢?將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位 論文研究課題再撰寫的文章一律注明作者單位為西安科技大學(xué)。 保密論文待解密后適用本聲明。 學(xué)位論文作者簽名：辛東金殳 指導(dǎo)教師簽名： 弗彤 0 d 口籮年b 其7e t 1 緒論 1 1 選題的目的和意義 1 緒論 近年來，手機(jī)行業(yè)的高增長吸引了國內(nèi)外的廠商，目前我國已經(jīng)成為世界性的手 機(jī)生產(chǎn)基地。從2 0 世紀(jì)至今，手機(jī)市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者 需求日益主體化、個(gè)性化和多樣化。另一方面則是產(chǎn)品制造商們都著眼于全球市場的 激烈競爭。面對市場，不但要迅速的設(shè)計(jì)出符合人們消費(fèi)需求的產(chǎn)品，而且還必須快 速的生產(chǎn)出來，搶占市場。手機(jī)作為現(xiàn)代人們生活的必須品，在過去十幾年的發(fā)展歷 程中，手機(jī)內(nèi)部功能無非是從1 g 到3 g 的發(fā)展，而從各個(gè)手機(jī)公司的成百上千的手機(jī) 品種中，我們可以看出各個(gè)手機(jī)公司其實(shí)都是在進(jìn)行著手機(jī)外觀造型、材料工藝以及 結(jié)構(gòu)的不同的組合嘗試。方向發(fā)展。為了提高手機(jī)在市場上的競爭力，客觀上要求對 制造手機(jī)外殼的關(guān)鍵工藝裝備一模具的開發(fā)周期和制造成本進(jìn)行控制【l 】。 采用模具生產(chǎn)手機(jī)外殼，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)省能源和原材料 等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代手機(jī)外殼生產(chǎn)的重要手段?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提 高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著社 會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場競爭越來越強(qiáng)烈，對模具的要求也越來越高。這些傳統(tǒng) 的制模方法，由于其效率低、成本高、周期長而不能滿足要求，特別是對一些形狀復(fù)雜 材料特殊的模具制造就非常困難，有時(shí)甚至無法制造閉。 快速原型制造( r a p i d p r o t o t y p i n g ，簡稱r p ) 技術(shù)它將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光加工技 術(shù)及新材料技術(shù)集于一體，其原理是根據(jù)對三維c a d 模型進(jìn)行分層處理，得到一系 列的二維截面輪廓信息后再用激光束或其它方法固化、切割或燒結(jié)材料成形，得到一 層層的產(chǎn)品截面并逐步疊加成三維實(shí)體。r p 技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)機(jī)械加工的材料“去除 加工法，而采用全新的材料“增長一加工法，將復(fù)雜的三維加工分解成簡單的二維加 工的組合【3 】。目前，這一新技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中己被應(yīng)用于航空航天、汽車制造、 醫(yī)療器械以及家電等行業(yè)中，汽車制造業(yè)中應(yīng)用所占的比例最大，約占2 5 左右【4 】【5 】。 隨著近年來i 沖技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一個(gè)新領(lǐng)域，快速模具制造( r a p i d t o o l i n g ， 簡稱r t ) 。r t 采用r p 技術(shù)直接或間接制造模具，只需傳統(tǒng)加工方法的1 0 3 0 i 時(shí)和 2 0 3 5 的成本，既大大提高了新產(chǎn)品的研制速度，又節(jié)省了新產(chǎn)品試制和模具制造的 費(fèi)用，因此，該技術(shù)一問世便得到人們的高度重視，成為企業(yè)提高競爭力的有力手段 【6 】【7 】【鍆。 隨著計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使快速原型及快速制模技術(shù) 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多?？焖僦颇＜夹g(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，具有制模 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 周期短、成本低、精度與壽命又能滿足生產(chǎn)使用要求的特點(diǎn)，可以迅速響應(yīng)市場和用 戶需求的變化，加快產(chǎn)品投放市場的速度，對于形狀比較復(fù)雜的中小型模具，具有比 較顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益 9 1 。 本文根據(jù)快速原型和快速模具制造技術(shù)先進(jìn)的制造工藝特點(diǎn)，為滿足目前手機(jī)外 殼生產(chǎn)需求量大，制造工藝復(fù)雜，成形周期長等缺點(diǎn)【1 0 1 ，研究了快速原型和快速模具 制造技術(shù)制造手機(jī)殼體的工藝過程。 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從1 9 7 3 年摩托羅拉系統(tǒng)部的總經(jīng)理馬丁庫泊發(fā)明了移動(dòng)電話到如今也不過幾十 年。但在這幾十年里，尤其在近幾年里，手機(jī)從g s m c d m a 制式的選擇多樣性，從 單一顏色屏幕到2 6 萬色屏幕，從單一通話功能到拍照、聽音樂、玩游戲樣樣俱有，甚 至到3 g 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻、定位、看電視等。手機(jī)已不僅僅是一個(gè)單純的通話工具，已 成為人們從事日常溝通、娛樂、理財(cái)?shù)然顒?dòng)的不可或缺的工具。 早期的模擬手機(jī)大都體積龐大、重量沉，以至于第一臺摩托羅拉進(jìn)入中國時(shí)，人 們稱之為“大磚頭 。按照“形式追隨功能 的原則，其形態(tài)也隨之發(fā)生變化。于是手 機(jī)的形態(tài)、體積就由原來的大磚頭變得越來越小、越來越輕巧；造型也越來越豐富， 由早期的單一矩形朝著橢圓形、三角形等多樣化形態(tài)轉(zhuǎn)變；手機(jī)外殼色彩也由黑色、 灰色增加到金、銀、紅、黃、藍(lán)、綠等五顏六色；在使用方式上也由翻蓋式增加到推 拉式、折疊式、旋轉(zhuǎn)式、滑蓋式等。隨著技術(shù)的日臻完善給手機(jī)設(shè)計(jì)注入了新鮮的活 力并帶來了打破傳統(tǒng)的前衛(wèi)概念，手機(jī)的體積、重量都朝著輕、薄、小巧方向發(fā)展， 功能也越來越豐富。 隨著數(shù)字化技術(shù)的深入發(fā)展，可穿戴的手機(jī)、手表手機(jī)、整合在眼鏡中的概念手 機(jī)等的出現(xiàn)，對手機(jī)的造型發(fā)展又是一次革命性的突破。現(xiàn)代手機(jī)的造型設(shè)計(jì)可以說 已經(jīng)完全打破了傳統(tǒng)的造型模式，朝著時(shí)尚化、符號化的方向發(fā)展。而且手機(jī)設(shè)計(jì)不 再只集中在手機(jī)功能的改進(jìn)、造型的變化上，而更多的是有針對性地對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行 細(xì)分，因?yàn)橄M(fèi)者是不同年齡、性別、層次的，所以市場所提供的手機(jī)產(chǎn)品也應(yīng)該是 有所不同的。由此可知，手機(jī)也應(yīng)該有性別、層次之分，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了典型的男 性手機(jī)、女性手機(jī)，也出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)手機(jī)。 手機(jī)的造型日新月異、不斷更新，新產(chǎn)品生命周期越來越短，也就對產(chǎn)品的成型 和模具提出了更高、更苛刻的要求。我國早期生產(chǎn)的手機(jī)外殼，模具只能全部從國外 進(jìn)口，之后采用由國外設(shè)計(jì)圖紙國內(nèi)制造的模式，經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)可 以自我設(shè)計(jì)制造部分模具。但是，新的手機(jī)外殼結(jié)構(gòu)模具，以及外殼二次加工新工藝， 仍然需要從國外引進(jìn)消化。 從目前的制造技術(shù)來看，手機(jī)塑料外殼的成型方法主要是注射成型，手機(jī)注射模 2 1 緒論 成為當(dāng)今注射模制造行業(yè)最為復(fù)雜的模具之一，是手機(jī)結(jié)構(gòu)件制造的難點(diǎn)，引起了相 關(guān)尖端工程技術(shù)人員的高度重視。眾多工廠的手機(jī)模具設(shè)計(jì)制造證明，面蓋模具、鏡 片模具又是手機(jī)塑件制造中的關(guān)鍵模具。 最近流行金屬殼體，金屬手機(jī)外殼的消費(fèi)市場前景廣闊。同傳統(tǒng)的塑料手機(jī)外殼 相比，金屬手機(jī)外殼具有很多優(yōu)點(diǎn)，這得益于它的尊貴典雅以及優(yōu)良的物理性能。但 是，金屬手機(jī)外殼的生產(chǎn)與同類的塑料件相比，則難度較大，因?yàn)榍罢叩耐庥^質(zhì)量要 求很高，而且對尺寸的要求較為嚴(yán)格，而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于金屬件在制造過程中的 回彈、劃痕等很多因素的影響，這些要求很難保征。所以，如何在實(shí)際生產(chǎn)中得到外 觀質(zhì)量高，成型質(zhì)量好的產(chǎn)品，成為很多制造商追求的目標(biāo)。 手機(jī)外殼是消費(fèi)者最能直接感受到的信息，早期的手機(jī)外殼主要用金屬框，如愛 立信早期產(chǎn)品3 8 8 ，不但耐摔，抗震性也大為增加，而且使用戶至今懷念那種厚重的 沉甸甸的感覺。隨著手機(jī)的發(fā)展，輕巧成為人們的摯愛，于是新的外殼材料應(yīng)運(yùn)而生， a b s 合成塑料以其很好的韌性( 抗震性) 、密封性，很高的機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕，拿 在手上很有質(zhì)感的特點(diǎn)受到人們的青睞。 而后，諾基亞將金屬漆應(yīng)用在8 8 1 0 上，采用銀色鍍鉻外殼，在市場上又掀起了金 屬流行色的熱潮，而后新材料的應(yīng)用似乎停頓了一段時(shí)間。但是隨著s o n y 將u v 涂 層漆用在手機(jī)的外殼上，使用戶在使用手機(jī)的時(shí)候感受到不留指紋，光亮如新的美好 感覺。 之后西門子6 6 8 8 也披上了“銀裝”。阿爾卡特o t 5 1 1 采用亮眼的鋁金屬為外殼， 更成為眾多手機(jī)制造商為金屬質(zhì)感趨之若騖的榜樣。摩托羅拉v 6 0 也大膽采用鍍鋁全 金屬質(zhì)感的外殼設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出作為高檔手機(jī)所擁有的莊重典雅。隨之而來的欽金屬、 鎂金屬等材料讓手機(jī)變得越來越華麗。如圖1 1 圖1 1 金屬外殼 在手機(jī)外觀材料上，中國也作出了自己的貢獻(xiàn)，在世界上率先研制出在手機(jī)上使 用的納米級“電磁屏蔽材料”。t c l 率先將高科技材料納米材料應(yīng)用在手機(jī)的顯示屏 保護(hù)透明蓋上面，為那些因?yàn)槭謾C(jī)透明蓋磨損而痛心的用戶看到了問題解決的方向。 3 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 據(jù)t c l 稱，手機(jī)顯示屏成功運(yùn)用當(dāng)前最先進(jìn)的納米材料技術(shù)，顯示屏表面達(dá)到極佳的 硬度，耐磨抗裂，即使用刀子在屏幕上任意割劃，也不會(huì)留下痕跡，更不用說一般的 普通磨損了。出于對環(huán)保的世界大潮流要求的考慮，綠色材料的應(yīng)用將成為未來手機(jī) 材料的主流。目前，位于英國倫敦的布魯尼爾大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)研制出一款能夠在 廢棄不用之后自動(dòng)分解的綠色手機(jī)?？梢灶A(yù)見，在手機(jī)未來的發(fā)展之路上，新材料的 應(yīng)用將是一把利刃，誰掌握了新材料，誰就將引領(lǐng)手機(jī)的潮流。可以預(yù)見，在手機(jī)未 來的發(fā)展之路上，新材料的應(yīng)用將是一把利刃，誰掌握了新材料，誰就將引領(lǐng)手機(jī)的 潮流【1 1 1 。 最近東芝還推出一款精致陶瓷手機(jī)，將手機(jī)制造工藝提升到又一個(gè)境界。 手機(jī)外殼是一個(gè)技術(shù)門檻相當(dāng)高的領(lǐng)域，我國的手機(jī)制造業(yè)起步晚，起點(diǎn)低，雖 然是世界上最大的塑料制品地區(qū)，但是缺乏生產(chǎn)符合中等標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)外殼廠商【1 2 1 。 未來手機(jī)外殼的發(fā)展方向有兩個(gè)，一個(gè)是塑料手機(jī)表面金屬化成為中檔手機(jī)主流， 另外一個(gè)就是金屬手機(jī)外殼將成為高檔手機(jī)的主流。金屬手機(jī)外殼相對塑料外殼有著 眾多優(yōu)勢，優(yōu)勢是金屬手機(jī)外殼可以更輕更薄，因?yàn)榻饘俚妮p度遠(yuǎn)比塑料要高。輕薄 正是目前手機(jī)的主流趨勢，其次是散熱好，目前手機(jī)的功耗是越來越高，某些手機(jī)采 用低檔的0 1 8 微米工藝的芯片，這樣的手機(jī)在通話時(shí)如果采用塑料外殼是完全可能燙 手的，而金屬外殼的散熱效果要好得多。再次是電磁輻射，金屬外殼的電磁輻射屏蔽 要比塑料外殼要好得多，輻射越少，對人的健康是越有利的。再次就是環(huán)保，金屬外 殼是可以回收利用的，而塑料外殼則無法回收利用，自然狀態(tài)下要數(shù)十年才能完全分 解，環(huán)境污染大。不過金屬外殼開模周期長，工序繁多，良率低，這就決定金屬外殼 適用于那些品種少、出貨量大的高端手機(jī)和智能手機(jī)i l 引。 1 3 主要研究內(nèi)容 利用快速原型和快速模具制造技術(shù)生產(chǎn)手機(jī)外殼，能夠更快，更好的適應(yīng)手機(jī)市 場日新月異的變化。本文主要從手機(jī)外殼的三維建模、手機(jī)外殼r p 原型制作、手機(jī) 外殼硅橡膠模制作和基于r p r t 技術(shù)的手機(jī)外殼制作及其精度控制等方面進(jìn)行了研 究和分析。 本文首先根據(jù)快速成型工藝的特點(diǎn)，結(jié)合手機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了簡單的手機(jī)三維 模型；其次在基于快速成型工藝s l a 做出了手機(jī)外殼的r p 原型，其中主要從s t l 文 件轉(zhuǎn)換精度、階梯效應(yīng)對原型精度的影響及其控制、材料性能對原型精度影響的原因 和表現(xiàn)、過固化效應(yīng)對原型精度的影響及其控制措施、快速原型的后處理誤差及其控 制措施等方面進(jìn)行了研究和分析；然后是手機(jī)外殼的快速硅橡膠模制作，在其中主要 從硅膠的確定、工藝流程和與之相關(guān)的技術(shù)要領(lǐng)，在技術(shù)要領(lǐng)里面，主要詳細(xì)的分析 了型框的確定準(zhǔn)則，分型面的確定原則，澆道位置和方向的確定原則等；最后對整個(gè) 4 i 緒論 快速原型快速制模集成制造系統(tǒng)工藝過程進(jìn)行了閉環(huán)精度控制研究。整個(gè)工藝過程如 1 2 圖： 圖1 2 手機(jī)外殼制造流程 5 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 手機(jī)外殼傳統(tǒng)制造方法 本章主要從手機(jī)外殼所用材料及其制造工藝和傳統(tǒng)手機(jī)外殼制造方法及特點(diǎn)兩個(gè) 方面敘述了傳統(tǒng)手機(jī)制造方法。可以看出利用傳統(tǒng)工藝制造手機(jī)外殼成型工藝復(fù)雜、 周期長，很難適應(yīng)市場需求。 2 1 傳統(tǒng)手機(jī)外殼主要制造材料及其成型方法 手機(jī)除了在外觀造型上以及齊全強(qiáng)大的功能能夠吸引消費(fèi)者眼球外，新穎獨(dú)特的 材料和獨(dú)特的工藝處理同樣是引起消費(fèi)者購買欲望的重要因素。在選擇材料時(shí)首先要 考量材料的使用性能，比如強(qiáng)度、耐磨性等物理量來作評定，還要靠慮其加工工藝性 能是否可以滿足使用的需要。 2 1 1 塑料材料成型方法及特點(diǎn) 手機(jī)殼體是整個(gè)手機(jī)的支承骨架，對電子元器件起到定位及固定和承載其他所有非 殼體零部件。殼體通常由工程塑料注塑成型。 ( 1 ) a b s 由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。a b s 的特性主要取決于三種單體 的比率及分子結(jié)構(gòu)，這在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有較大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上多種 不同品質(zhì)的a b s 材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的 抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。 a b s 材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很 高的抗沖擊強(qiáng)度1 1 4 1 。 高流動(dòng)性，便宜，適用于對強(qiáng)度要求不太高的部件( 不直接受到?jīng)_擊，不承受可靠 性測試中結(jié)構(gòu)耐久性測試的部件) ，如手機(jī)內(nèi)部的支撐架等。還有就是普遍用在要電鍍 的部件上( 如按鈕，側(cè)鍵，導(dǎo)航鍵，電鍍裝飾件等) 。目前常用奇美p a 7 2 7 ，p a - 7 5 7 等。 ( 2 ) p c ( 聚碳酸脂) p c 是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗擊強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì) 菌特性、阻燃特性以及抗污染性，p c 的缺口沖擊強(qiáng)度非常高，并且收縮率很低。 p c 有良好的機(jī)械性，但流動(dòng)性較差，注射過程較困難。因此，如果塑件要求有較 高的抗沖擊性，那么選低流動(dòng)率的p c 材料；反之，可以使用高流動(dòng)率的p c 材料，這 樣可以優(yōu)化注射過程【l5 1 。避免一味減少強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)，什么部件都用p c 料而導(dǎo)致成型困 難和成本增加。 高強(qiáng)度、貴、流動(dòng)性不好。適用于對強(qiáng)度要求較高的外殼，如翻蓋手機(jī)中與轉(zhuǎn)軸 6 2 手機(jī)外殼傳統(tǒng)制造方法 配合的兩個(gè)殼體，不帶標(biāo)準(zhǔn)滑軌模塊的滑蓋機(jī)中有滑軌和滑道的兩個(gè)殼體等，目前指 定必須用p c 材料。較常用g el e x a ne x l l 4 1 4 和s a m s u n gh f l 0 2 3 1 m 。 韓國是最早采用純p c 做手機(jī)外殼材料的，近年來，各大手機(jī)廠商采用p c 做手機(jī) 外殼的比例正在逐漸上升，初步估計(jì)目前手機(jī)外殼采用p c 材料的比例己經(jīng)超過5 0 。 ( 3 ) p c + a b s 綜合了p c 和a b s 的性能，具有a b s 的易加工性和p c 的優(yōu)良機(jī)械特性和熱穩(wěn)定 性( 二者的比率將影響p c + a b s 材料的熱穩(wěn)定性) 。流動(dòng)性好、強(qiáng)度不錯(cuò)、價(jià)格適中， 但容易發(fā)生熔體破裂。適用于絕大多數(shù)的手機(jī)外殼，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較優(yōu)化，強(qiáng)度是 有保障的。較常用g ec y c o l o yc 1 2 0 0 h f 。 日本手機(jī)主要采用p c + a b s ，甚至采用a b s 做手機(jī)外殼。 表2 1 是塑料主要加工方法及成型特點(diǎn)【1 6 1 【1 7 1 。 2 1 2 金屬材料成型方法及特點(diǎn) 手機(jī)外殼材常用金屬材料主要有鋁合金和鎂合金。至于鎂合金，現(xiàn)在的手機(jī)框架 有逐漸取代塑料材質(zhì)的現(xiàn)象，摩托羅拉采用鎂合金框架比重預(yù)計(jì)2 0 0 6 年可升至5 0 ， 諾基亞預(yù)估2 0 0 6 年也成長至15 到2 0 ，三星2 0 0 6 年也有近2 0 采用，因此金屬外 殼也是經(jīng)來手機(jī)外殼發(fā)展的一個(gè)方向。 表2 2 是金屬主要加工方法及成型特點(diǎn)【1 6 】【1 7 1 。 表2 1 塑料主要加工方法 加工成型方式成型特點(diǎn) 將熱塑或熱固性塑料在其熱料桶中均勻塑化，然后由柱塞或移動(dòng)螺桿推到閉合模腔 注塑成型 中成型。適用于大批量生產(chǎn)、產(chǎn)品尺寸精度高。質(zhì)量穩(wěn)定，但是價(jià)格昂貴。 在擠出機(jī)中通過加熱、加壓而是物料以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過擠出模成型的方法。小型、 擠出成型 形狀簡單的產(chǎn)品用的擠出模具價(jià)格不高，但形狀復(fù)雜的成品用的擠出模具費(fèi)用高。 先將熱固性樹脂預(yù)熱后，置于開發(fā)的模具內(nèi)，閉模后施以熱及壓力，直至材料硬化 壓制成型 為止。生產(chǎn)效率低，且都是形狀簡單的產(chǎn)品。 將擠出的熔融的熱塑性樹脂坯料，加入模具，然后向坯料內(nèi)吹入空氣，熔融的坯料 吹塑成型 在空氣壓力的作用下膨脹向模具型腔壁內(nèi)貼合，最后冷卻固化成為所需形狀的產(chǎn)品。 主要用來生產(chǎn)瓶狀的中空薄壁產(chǎn)品，產(chǎn)品材料成本低。 將熱塑性樹脂的片材加熱成型，使其成為所需形狀的產(chǎn)品的方法，包括真空成型、 熱成型 壓空成型、塞頭成型及沖壓成型法等，適用于大小批量生產(chǎn)，不適合成型精度要求 高的產(chǎn)品。 將熱塑性塑料通過一系列加熱的壓輥，使其在擠壓和展延的作用下連續(xù)成為薄壁或 壓延成型 片材的一種成型方法。 滾塑成型將聚乙烯等粉狀材料，適量的密封在用薄鋼板制造的模具中，一邊是模具繞雙軸旋 7 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 轉(zhuǎn)，一邊從模具外對樹脂進(jìn)行加熱，通過加熱使模具內(nèi)的粉狀材料逐漸熔融形成一 定的厚度，然后進(jìn)行冷卻固化成為所需的產(chǎn)品。可用較小的設(shè)備投資生產(chǎn)大型的中 空產(chǎn)品。但是效率低，只適用于小量及簡單的產(chǎn)品。 將加有固化劑或其它助劑的液態(tài)樹脂混合倒入成型模具中，在常溫或者加熱的情況 澆注成型 下使其逐漸固化而成為具有一定形狀的產(chǎn)品。這種工藝簡單、成本低，可以生產(chǎn)大 型產(chǎn)品，適用于流動(dòng)性大而有收縮性的塑料。 先將塑料顆粒預(yù)發(fā)泡，經(jīng)過一定的加熱成型后，把它填入鋁合金做的模具中整體加 發(fā)泡成型 熱成型，在熔接產(chǎn)品時(shí)表面會(huì)留下接痕，這是發(fā)泡型的一個(gè)缺陷。 表2 2 金屬主要加工方法 加工成型方式 成型特點(diǎn) 用砂型劑制造鑄型的方法，應(yīng)用廣泛，不受鑄件的形狀、大小、復(fù)雜程度及金屬合 砂型鑄造 金種類的限制，工藝設(shè)備簡單，成本低。 熔模鑄造 用易熔材料制成模型，在模型表面涂耐火涂料后硬化，反復(fù)多次，并將模型熔出， 鑄造 焙燒硬殼，即可得到無分型面的鑄型，焙燒鑄造。 加工 金屬型鑄造將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件的方法。 在壓鑄機(jī)上用壓射活塞以較高的壓力或速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔內(nèi)，并在 壓力鑄造 壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件的制造方法。 將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下填充鑄型并凝固成型 離心鑄造 的鑄造方法。廣泛應(yīng)用于鑄造鑄鐵管、活動(dòng)軸承。 因?yàn)殄懺焓窃谝簯B(tài)下進(jìn)行的，通常按是否用模具分為自由鍛和模鍛，按手工方法分 鍛造 為手工鍛造和機(jī)械鍛造。 軋制 將金屬靠摩擦力的作用，連續(xù)通過軋制機(jī)上兩個(gè)相對回轉(zhuǎn)軋輥之間的空隙，進(jìn)行壓 塑性 延變形成為型材的方法。 將金屬坯料置于一封閉的擠壓模內(nèi)，有強(qiáng)大的擠壓力將金屬從?？字袛D出成型，從 加工擠壓 而獲得符合?？捉孛娴牧慵庸し椒?。擠壓可以獲得各種復(fù)雜截面的型材或零件。 用拉力使大截面的金屬坯料強(qiáng)行通過一定形狀的拉拔模的模孔，以獲得所需截面形 拉拔 狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝。 沖壓 金屬板在沖壓模之間受壓產(chǎn)生分離或產(chǎn)生塑性變形的方法。 熔焊 焊接 壓焊 加工釬焊 用于金屬的連接，其中焊接可分為氣焊、電弧焊、真空電子束焊接等。 陳水扁焊 分為鉗工和機(jī)械加工，是使零件的表面得到更高的精度和表面光潔度所不可缺少的 切削加工 加工方法。 8 2 手機(jī)外殼傳統(tǒng)制造方法 2 2 傳統(tǒng)手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)工藝流程 模具c a d 技術(shù)給模具的設(shè)計(jì)和制造提供了一個(gè)高效、經(jīng)濟(jì)而且快速的方法，大 幅度地提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的設(shè)計(jì)和制造周期，降低了模具成本。目前手 機(jī)設(shè)計(jì)主要采用c a d 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。模具c a d 系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)和一些外部設(shè)備 以及相應(yīng)的軟件組成。c a d 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種模具設(shè)計(jì)，它以計(jì)算機(jī)軟件為工 具，包括資料查詢、設(shè)計(jì)構(gòu)思、模型建立、分析計(jì)算、自動(dòng)繪圖、零件成型過程、充 模過程模擬、產(chǎn)品的整體造型、塑料零件設(shè)計(jì)、零件的裝配、零件的縮水處理、分型 面的產(chǎn)生、澆口和澆道設(shè)計(jì)、注射模擬、模具的分型、模架的選擇設(shè)計(jì)、二維三維圖 的出圖這一系列的過程，而且包括對制造中的物流和信息進(jìn)行控制、管理和監(jiān)督以及 相對于物流系統(tǒng)是“離線”工作的工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、數(shù)控編程等。它的流程【1 8 】 如圖2 1 所示。 圖2 1c a d 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 采用c a d 系統(tǒng)設(shè)計(jì)手機(jī)模具，是一個(gè)復(fù)雜龐大的體系，它對設(shè)計(jì)人員的要求極 高，而且后續(xù)的模具制造要用到傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，如數(shù)控銑削加工、成形磨削、 電火花加工、線切割加工、鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工和照相腐蝕等。 由于這些工藝復(fù)雜、加工周期長、費(fèi)用高而影響了新產(chǎn)品對于市場的響應(yīng)速度。 2 3 本章小結(jié) 本章從手機(jī)外殼主要制造用材料及其成型方法和傳統(tǒng)手機(jī)外殼制造工藝流程得 9 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 出，采用模具制造手機(jī)外殼，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)省能源和原材料 等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展的方向?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和 技術(shù)水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛 發(fā)發(fā)展，隨著社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場競爭越來越強(qiáng)烈，對模具的要求也越來 越高。這些傳統(tǒng)的方法，由于其效率低，成本高，周期長而不能滿足要求，特別是對 一些形狀復(fù)雜、材料特殊的模具，制造就非常困難，有時(shí)甚至無法制造。不僅如次，手 機(jī)是一個(gè)時(shí)尚的標(biāo)志，在追求個(gè)性，追求時(shí)尚的今天，手機(jī)制造要適應(yīng)市場需求，就 得高速開發(fā)、高效生產(chǎn)。 1 0 3 快速成型與快速模具制造技術(shù) 3 快速成型與快速模具制造技術(shù) 快速原型與快速制模技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)代模具制造的一個(gè)里程碑?？焖僦颇＜夹g(shù)與 傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度與壽命又能滿足生產(chǎn)使用要求 的特點(diǎn)，可以迅速響應(yīng)市場和用戶需求的變化，加快產(chǎn)品投放市場的速度，對于形狀 比較復(fù)雜的中小型模具，具有比較顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 3 1 快速成型技術(shù) 快速成型制造( r a p i dp r o t o t y p i n ga n dm a n u f a c t u r i n g ，簡稱r p m ) 是2 0 世紀(jì)8 0 年代 末期迅速發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它將計(jì)算機(jī)上可見的設(shè)計(jì)圖形，迅速、準(zhǔn)確 地變成產(chǎn)品原型或直接制造零件，因此對縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期、減少開發(fā)費(fèi)用、提高 市場競爭能力都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。r p m 技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、c a d 、機(jī)械工程、 數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)等集合為一體的高新技術(shù)，十幾年來，該 技術(shù)在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，并將成為2 1 世紀(jì)制造業(yè)的重要組成部分。 3 1 1 快速成型技術(shù)的原理及特點(diǎn)【1 9 】【2 0 】【2 1 】【2 2 】 快速成形技術(shù)( 簡稱l i p ) 是由c a d 模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三 維物實(shí)體的技術(shù)總稱，其基本過程是：首先設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維模型( 數(shù) 字模型、c a d 模型) ，然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列 有序的單元，通常在z 向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M(jìn)行離散( 習(xí)慣稱為分層) ，把原來的三 維c a d 模型變成一系列的層片；再根據(jù)每個(gè)層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，自 動(dòng)生成數(shù)控代碼；最后由成形系統(tǒng)成形一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來，得到一 個(gè)三維物理實(shí)體。 i ：堆積過程成形機(jī)實(shí)現(xiàn) i - 一一：一一 圖3 1 快速成型原理 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 為了對r p 的基本工作原理有所了解，此處僅以激光實(shí)體平版印刷術(shù)為例來說 明。設(shè)計(jì)人員通過c a d 系統(tǒng)，將所設(shè)計(jì)的零件的三維實(shí)體造型數(shù)據(jù)，經(jīng)過以太網(wǎng)， 傳送給控制設(shè)備用的計(jì)算機(jī)。這臺控制計(jì)算機(jī)能將送來的三維實(shí)體圖形，像如今的 層析式x 光的原理一樣，沿z 軸切出一系列極薄的橫截面層：同時(shí)它還控制著萬向反 射鏡，使紫外激光射線束經(jīng)萬向反射鏡而能按薄層橫截面的形狀。在一槽中盛有光 敏樹脂溶液的表面進(jìn)行掃描。凡溶液表面經(jīng)紫外激光射線束掃描照射過的地方便立 即固化，從而生成與該橫截面層形狀相一致的固化薄片。一般是從三維實(shí)體最底部 的橫截面層作起。這時(shí)生成的是第一個(gè)固化薄片，它是固化在支撐構(gòu)件上。接著升 降臺便下降一個(gè)薄片厚度，使第一個(gè)固化薄片立即被光敏樹脂溶液所淹沒。然后重 復(fù)上述紫外激光射線束掃描和固化的過程，如此逐層重復(fù)進(jìn)行，直至獲得一層又一 層、彼此牢固粘結(jié)的固化薄片所構(gòu)成的實(shí)體樣件為止。這時(shí)樣件還沉浸在溶液液面 下。為要取出樣件，必須將升降臺向上升起，使樣件完全脫離液面。取下樣件后， 首先應(yīng)將樣件表面粘附的溶液沖洗干凈，再將樣件放入紫外線烘干設(shè)備中進(jìn)行最后 的烘干和固化，經(jīng)過如此處理后的樣件才稱為成品。 其制造過程的主要特點(diǎn)是： ( 1 ) 新的加工概念。r p m 采用材料累加的概念，讓材料生長而非去除，因此，加 工過程無需刀具、模具和工裝夾具，且材料利用率極高。 ( 2 ) 突破了零件幾何形狀復(fù)雜程度的限制，成形迅速，制造出的零件或模型是具 有一定功能的三維實(shí)體。 ( 3 ) 越過了c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 過程，實(shí)現(xiàn)了c a d c a m 的無 縫連接。 ( 4 ) 高度柔性。若要生產(chǎn)不同形狀的零件模型，只需改變c a d 模型，重新調(diào)整 和設(shè)置參數(shù)即可。 ( 5 ) 制造費(fèi)用低。其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1 3 l 2 ，而成本僅 為其1 5 1 3 ，模具的幾何復(fù)雜程度愈高，這種效益愈顯著。 3 1 2 典型的快速成型技術(shù)工藝【1 9 】【2 0 1 2 1 】【2 1 】 快速成形技術(shù)按原型的成形方式分為：立體印屆u ( s l a ) 、選擇性激光燒結(jié)( s l s ) 、 疊層實(shí)體制造( l o m ) 、融積成形( f d m ) 、三維印屆u ( 3 d p ) 等。 s l a 是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的，這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng) 度的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn) 變成固態(tài)。s l a 工作原理圖如圖3 2 所示。 1 2 3 快速成型與快速模具制造技術(shù) 圖3 2 立體光固化法 s l a 方法是目前快速成形技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法，也是技術(shù)上最為成熟 的方法。s l a 工藝成形的零件精度較高，多年的研究改進(jìn)了截面掃描方式和樹脂成 形性能，使該工藝的加工精度能達(dá)到0 1 m m 。但這種方法也有自身的局限性，比如 需要支撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、有的光固化樹脂有一定的毒性等。此外，材料 在固化過程中伴隨有收縮，可能導(dǎo)致零件變形。 疊層實(shí)體制造( l o m ) ，l o m 其主要特點(diǎn)是根據(jù)c a d 模型各層切片的平面幾何 信息對箔材( 通常為紙) 進(jìn)行分層實(shí)體切割。如圖3 2 所示的裝置由供料軸和收料軸不 斷傳送箔材。工作時(shí)激光器發(fā)出的c 0 2 激光束進(jìn)行x - y 切割運(yùn)動(dòng)，將鋪在升降臺上 的一層箔材切成最下一層切片的平面輪廓。隨后升降臺下降一層高度，箔材供料軸 和收料軸又傳送新的一層箔材，鋪上并用熱壓輥碾壓使其牢固地粘在已成型的箔材 上，激光束再次進(jìn)行切割運(yùn)動(dòng)切出第二層平面輪廓，如此重復(fù)直至整個(gè)三維零件制 作完成。 圖3 3 疊層法 l o m 工藝只須在箔材或者紙上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面。 因此成形厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工件外框與截面輪廓之間的多 1 3 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 余材料在加工中起到了支撐作用，所以l o m 工藝無需加支撐。 f d m 其成形材料可用鑄造石蠟、尼龍( 聚酯塑料) 、a b s 塑料及醫(yī)用m a b s 塑料， 可實(shí)現(xiàn)塑料零件無注塑成形制造。f d m 融積成形系統(tǒng)采用專用噴頭，成形材料以絲 狀供料，材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭直接由計(jì)算機(jī)控制沿零件截面輪廓和填充 軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出沉積成實(shí)體零件的一超薄層，材料迅速凝固，并 與周圍的材料凝結(jié)。整個(gè)模樣從基座開始，由下而上逐層堆積生成，如圖3 4 所示。 圖3 4 堆積法 f d m 工藝不用激光器件，因此使用、維護(hù)簡單，成本較低，無毒無味和運(yùn)行穩(wěn) 定可靠，適合辦公室環(huán)境使用，符合環(huán)保要求。用石蠟成形的零件原型，可以直接 用于熔模鑄造。用a b s 制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測試與評估等方 面得到廣泛應(yīng)用。由于以f d m 工藝為代表的熔融材料堆積成形工藝具有一些顯著優(yōu) 點(diǎn)，該類工藝發(fā)展非常迅速。 3 1 3 快速原型技術(shù)的應(yīng)用1 1 9 1 2 0 】【2 1 】【2 2 】 雖然快速成型技術(shù)問世時(shí)間不長，但由于它對制造業(yè)帶來的巨大效益，使得這 一技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。當(dāng)前快速原型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、機(jī)械、 電子、醫(yī)學(xué)、工藝品等許多領(lǐng)域，取得了很大的成果，其應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： 1 新產(chǎn)品開發(fā) r p 技術(shù)最初是應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中。原型在新產(chǎn)品開發(fā)過程中具有無可代 替的作用。設(shè)計(jì)者可以很快發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，分析設(shè)計(jì)的可行性，向評審機(jī)構(gòu)表 達(dá)其設(shè)計(jì)思想，向用戶很直觀地介紹新產(chǎn)品的特點(diǎn)。在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，通過r p 技術(shù) 可以很快、很方便地生成和更改原型。因此，即技術(shù)在加快新產(chǎn)品開發(fā)、提高開發(fā) 質(zhì)量、降低新產(chǎn)品開發(fā)成本等方面具有其他加工方式不可替代的作用。 2 快速零件和快速模具制造 ( 1 ) 直接成形功能零件 對于材料為蠟、樹脂、a b s 的零件，用快速原型就可以直接制造而對于金屬 零件，快速原型技術(shù)一直在朝這方面努力，并且，目前己成功地利用s d m 工藝制造 1 4 3 快速成型與快速模具制造技術(shù) 出不銹綱零件，但其工藝復(fù)雜，成本較高。 ( 2 ) 采用轉(zhuǎn)換技術(shù)形成功能零件 利用r p 技術(shù)形成功能零件的方法是快速工具( r t - r a p i dt o o l i n g ) 技術(shù)這是目前利用 r p 技術(shù)制造金屬零件和模具的主要方法。 ( 3 ) 快速原型與精密鑄造的結(jié)合( 快速精鑄) 快速原型的特點(diǎn)在于制造實(shí)體模型快，并且與零件的復(fù)雜程度無關(guān)。但是，原型技 術(shù)生產(chǎn)的制品與現(xiàn)實(shí)中要求的產(chǎn)品性能相差懸殊太大。因此快速原型技術(shù)與精密鑄 造技術(shù)相結(jié)合，既能發(fā)揮快速原型的優(yōu)勢又能滿足現(xiàn)實(shí)生活的要求。 3 醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 根據(jù)c t 的數(shù)據(jù)，應(yīng)用r p 技術(shù)可以快速地制造出人體的骨骼( 如牙齒等) 和軟組 織( 如腎等) 模型，并且不同部位可以采用不同顏色的材料成形。這些人體器官模型 對于幫助醫(yī)生進(jìn)行病情分析和確定治療方案極為有利，受到醫(yī)學(xué)界的極大重視。 在康復(fù)工程上，采用r p 制造技術(shù)制造人體假肢具有最快的成形速度，并且假肢 和肌體的結(jié)合部位能夠做到最大程度的吻合，減輕了假肢使用者的痛苦。 3 2 快速模具制造技術(shù) 快速制模( r a p i dt o o l i n g ，簡稱r t ) 技術(shù)，就是將傳統(tǒng)的制模方法( 如數(shù)控加工、 鑄造、金屬噴涂等) 與快速成型制造技術(shù)相結(jié)合，使得模具制造周期短、成本低、綜 合經(jīng)濟(jì)效益好，在模具的精度和壽命方面能滿足生產(chǎn)使用要求的模具制造技術(shù)，從 模具的概念設(shè)計(jì)到出模，快速制模一般是傳統(tǒng)模具加工方法所需時(shí)間的1 3 左右， 使模具制造在提高質(zhì)量、縮短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明顯的效果。 3 2 1 快速模具制造技術(shù)概述 在快速原型技術(shù)領(lǐng)域中，目前發(fā)展最迅速、產(chǎn)值增長最明顯的是快速模r t 技術(shù)。 2 0 0 0 年5 月，在法國巴黎舉行的全球快速原型協(xié)會(huì)聯(lián)盟( g a r p a ) 最高峰會(huì)議上，這 一點(diǎn)得到了普遍的認(rèn)同。傳統(tǒng)模具制造的方法很多，如數(shù)控銑削加工、成形磨削、 電火花加工、線切割加工、鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工和照相腐蝕 等。由于這些工藝復(fù)雜、加工周期長、費(fèi)用高而影響了新產(chǎn)品對于市場的響應(yīng)速度。 因此，應(yīng)用快速原型技術(shù)制造快速模具，在最終生產(chǎn)模具開模之前進(jìn)行新產(chǎn)品試制 與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，有效地縮短開發(fā)時(shí)間和節(jié)約 開發(fā)費(fèi)用，使快速模具技術(shù)具有很好的發(fā)展條件。而傳統(tǒng)的快速模具( 例如中低熔點(diǎn) 合金模具、電鑄模、噴涂模具等) 因其工藝粗糙、精度低、壽命短，很難完全滿足用 戶的要求。由于市場需求旺盛，許多公司研制出快速模具新工藝、新設(shè)備，并且取 得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于這些技術(shù)中高新技術(shù)