論快速成形技術(shù)

1、論快速成形技術(shù) 快速成形（RP）技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動，快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實體的技術(shù)。是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項關(guān)鍵共性技術(shù), 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。自該技術(shù)問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術(shù)領(lǐng)域?？焖俪尚渭夹g(shù)集成看機械、電子、計算機、光學(xué)、新材料等領(lǐng)域中的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工方法相比，它是通過逐層增加材料來制造零件的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類似于數(shù)

2、學(xué)上的積分過程。1·快速成形技術(shù)過程（1） 產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建（2） 三維模型的近似處理（3） 三維模型的分層切片和產(chǎn)生加工路徑（4） 成形加工（5） 成形零件的后處理2·快速成形技術(shù)的特點 (1) 制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用(2) 原型的復(fù)制性、互換性高(3) 制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時更顯優(yōu)越(4) 加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無關(guān)，一般與傳統(tǒng)加工模型的工藝相比, 快速成形在制造費用上可以降低80%，加工周期可以節(jié)約70%以上(5) 高度技術(shù)集成，可實現(xiàn)了設(shè)計制造一體化3·快速成形技術(shù) 1、立體光刻技

3、術(shù) (SL/SLA)SLA的工作原理是以液態(tài)光敏樹脂 (例如一種特殊的環(huán)氧樹脂)為造型材料，采用紫外激光器為能源:一種是氦一福激光器 (波長 325nm，功率1550MW)，另一種是氨離子激光器(波長351365nm，功率 100500MW )，激光束光斑大小為0.053mm。由CAD設(shè)計出三維模型后將模型進行水平切片，分成為成千上萬個薄層，生成分層工藝信息，按計算機所確定的軌跡，控制激光束的掃描軌跡，使被掃描區(qū)域內(nèi)的液態(tài)光敏樹脂固化，形成一層薄固體截面后，升降機構(gòu)帶動工作臺下降一層高度，其上復(fù)蓋另一層液態(tài)光敏樹脂，接著進行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢固地粘在前一層上，就這樣逐層疊加直到

4、完成整個模型的制作。一般每個薄層的厚度0.070.4mm，模型從樹脂中取出后，進行最終硬化處理加以打光、電鍍、噴漆或著色等即可。 2. 薄材疊層成形技術(shù) (LOM)薄材疊層成形技術(shù)是通過對原料紙進行激光切割與粘合的方式來形成零件的。其工藝是先將單面涂有熱熔膠的紙通過加熱輥加壓粘結(jié)在一起，此時位于其上方的激光器按照分層CAD模型所獲得的數(shù)據(jù)，將一層紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓裝置，將下面已經(jīng)切割的層粘合在一起，激光再次進行切割。切割時工作臺連續(xù)下降，切割掉的紙片仍留在原處，起支撐和固化作用，紙片的一般厚度為0.070.1mm。該方法特點是成形速率高，成本低廉。

5、 3. 選區(qū)激光粉末燒結(jié)技術(shù) (SLS)選擇性激光燒結(jié) (SLS)的成形方法是。在層面制造與逐層堆積的過程中，用激光束有選擇地將可熔化粘結(jié)的金屬粉末或非金屬粉末 (如石蠟、塑料、樹脂沙、尼龍等)一層層地掃描加熱，使其達到燒結(jié)溫度并燒結(jié)成形;當一層燒結(jié)完后，工作臺降下一層的高度，鋪下一層的粉末，再進行第二層的掃描，新燒結(jié)的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)，最后燒結(jié)出與CAD模型對應(yīng)的三維實體。選擇性激光燒結(jié) (SLS)突出的優(yōu)點在于它是以粉末作為成形材料，所使用的成形材料十分廣泛，從理論上來說，任何被激光加熱后能夠在粉粒間形成原子間連接的粉末材料都可以作為SLS的成形材料。 4、熔融沉積成形技

6、術(shù) (MEM) MEM的基本原理是:加熱噴頭在計算機的控制下，根據(jù)截面輪廓信息作X-Y平面運動和高度Z方向的運動，絲材 (如塑料絲、石臘質(zhì)絲等)由供絲機構(gòu)送至噴頭，在噴頭中加熱、熔化，然后選擇性地涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面輪廓，層層疊加最終成為快速原型。用此法可以制作精密鑄造用蠟?zāi)?、鑄造用母模等。4·快速成形的應(yīng)用 不斷提高RP技術(shù)的應(yīng)用水平是推動RP技術(shù)發(fā)展的重要方面。目前，快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。并且隨著這一技術(shù)本身的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?。RP技術(shù)的實際應(yīng)

7、用主要集中在以下幾個方面： (1)在新產(chǎn)品造型設(shè)計過程中的應(yīng)用快速成形技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。運用RP技術(shù)能夠快速、直接、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實物模型(樣件)，這不僅縮短了開發(fā)周期，而且降低了開發(fā)費用，也使企業(yè)在激烈的市場競爭中占有先機。 (2)在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于RP技術(shù)自身的特點，使得其在機械制造領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。有些特殊復(fù)雜制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少于50件的小批量，一般均可用RP技術(shù)直接進行成型，成本低，周期短。 (3)快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時間長，成本高。將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具

8、制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。快速成形技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用RP技術(shù)直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。 (4)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來，人們對RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用RP技術(shù)制作人體器官模型，對外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價值。 (5)在文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在文化藝術(shù)領(lǐng)域，快速成形制造技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng)作、文物復(fù)制、數(shù)字雕塑等。 (6)在航空航天技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中，空氣動力學(xué)地面模擬實驗(即風(fēng)洞實

9、驗)是設(shè)計性能先進的天地往返系統(tǒng)(即航天飛機)所必不可少的重要環(huán)節(jié)。該實驗中所用的模型形狀復(fù)雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用RP技術(shù)，根據(jù)CAD模型，由RP設(shè)備自動完成實體模型，能夠很好的保證模型質(zhì)量。 (7)在家電行業(yè)的應(yīng)用目前，快速成形系統(tǒng)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。如：廣東的美的、華寶、科龍；江蘇的春蘭、小天鵝；青島的海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果?？焖俪尚渭夹g(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信，隨著快速成形制造技術(shù)的不斷成熟和完善，它將會在越來越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。5·快速成形的發(fā)展方向 從目前RP技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個方面： (1)開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料。 (2)提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。 (3)改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進一步進行模具加工和功能實驗提供基礎(chǔ)。 (4)開發(fā)快速成形的高性能RPM軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由S