幾種快速成型的技術(shù)比較

1、幾種快速成型的技術(shù)比較絲狀材料選擇性熔覆( Fused Deposition Modeling )快速原型工藝是一種不依靠激光作 為成型能源、而將各種絲材加熱溶化的成型方法，簡稱 FDM 。絲狀材料選擇性熔覆的原理室，加熱噴頭在計算機的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓 信息，作 X-Y 平面運動。熱塑性絲狀材料(如直徑為 1.78mm 的塑料絲)由供絲機構(gòu)送至 噴頭， 并在噴頭中加熱和溶化成半液態(tài)， 然后被擠壓出來，有選擇性的涂覆在工作臺上，快 速冷卻后形成一層大約 0.127mm 厚的薄片輪廓。 一層截面成型完成后工作臺下降一定高度， 再進行下一層的熔覆，好像一層層 "畫出 &quo

2、t;截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。這種工藝方法同樣有多種材料選用，如 ABS 塑料、澆鑄用蠟、人造橡膠等。這種工藝干 凈，易于操作，不產(chǎn)生垃圾，小型系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險。 但仍需對整個截面進行掃描涂覆， 成型時間長。 適合于產(chǎn)品設(shè)計的概念建模以及產(chǎn)品的形狀 及功能測試。 由于甲基丙烯酸 ABS( MABS )材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性， 可采用加碼射線 消毒，特別適用于醫(yī)用。但成型精度相對較低，不適合于制作結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜的零件。 FDM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、制造系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的危險。2、工藝干凈、簡單、易于材作且不產(chǎn)生垃圾。3、

3、可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件。4、原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和快速更換。5、原材料費用低，一般零件均低于 20 美元。6、可選用多種材料，如可染色的 ABS 和醫(yī)用 ABS 、澆鑄用蠟和人造橡膠。FDM 快速原型技術(shù)的缺點是：1 、 精度較低，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。2 、 垂直方向強度小。3 、 速度較慢，不適合構(gòu)建大型零件。SLA敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻( Stereolithography )原理的一種工藝，簡稱 SLA ， 也是最早出現(xiàn)的、技術(shù)最成熟和應(yīng)用最廣泛的快速原型技術(shù)。在樹脂液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂， 它在紫外激光束的照射下會快速固化。 成型過程開始 時，可升降的工作臺

4、處于液面下一個截面層厚的高度， 聚焦后的激光束， 在計算機的控制下， 按照截面輪廓的要求， 沿液面進行掃描， 使被掃描區(qū)域的樹脂固化， 從而得到該截面輪廓的 塑料薄片。 然后， 工作臺下降一層薄片的高度， 以固化的塑料薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所 覆蓋，以便進行第二層激光掃描固化， 新固化的一層牢固的粘結(jié)在前一層上， 如此重復(fù)不已， 知道整個產(chǎn)品成型完畢。 最后升降臺升出液體樹脂表面， 即可取出工件， 進行清洗和表面光 潔處理。光敏樹脂選擇性固化快速原型技術(shù)適合于制作中小形工件， 能直接得到塑料產(chǎn)品。 主要 用于概念模型的原型制作，或用來做裝配檢驗和工藝規(guī)劃。它還能代替臘模制作澆鑄模具， 以及作

5、為金屬噴涂模、環(huán)氧樹脂模和其他軟模的母模，使目前較為成熟的快速原型工藝。 SLA 快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。系統(tǒng)一旦開始工作，構(gòu)建零件的全過程完全自動運行，無需專人看管， 直到整個工藝過程結(jié)束。2、尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm 以內(nèi)。3、表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺階不平及不同層面間的曲面不 平。4、系統(tǒng)分辨率較高，因此能構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件。SLA 快速原型的技術(shù)缺點：1、隨著時間推移，樹脂會吸收空氣中的水分，導(dǎo)致軟薄部分的彎曲和卷翅。2、氦-鎘激光管的壽命僅 3000 小時，價格較昂貴。同時需對整個截面進行掃描固化，成型 時間較長，因此制

6、作成本相對較高。3、可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。由這類樹脂制成的工件在大多數(shù)情況下都不 能進行耐久性和熱性能試驗，且光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。4、需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)， 以便確保在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部委都能可靠定位。 SLS粉末材料選擇性燒結(jié)( Selected Laser Sintering )是一種快速原型工藝，簡稱 SLS。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對粉末材料 (塑料粉、 陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、 金屬與粘結(jié)劑的混合粉等) 進行選擇性燒結(jié)， 是一種由離散點一層層對集成三維實體的工藝 方法。在開始加工之前，先將充有氮氣的工作室升溫，并保持在粉末的熔點一下

7、。成型時，送 料筒上升， 鋪粉滾筒移動， 先在工作平臺上鋪一層粉末材料， 然后激光束在計算機控制下按 照截面輪廓對實心部分所在的粉末進行燒結(jié)， 使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。 第一層燒 結(jié)完成后，工作臺下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形 成三維的原型零件。最后經(jīng)過 5-10 小時冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經(jīng)燒結(jié)的粉末 能承托正在燒結(jié)的工件，當(dāng)燒結(jié)工序完成后，取出零件，未經(jīng)燒結(jié)的粉末基本可自粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件， 能直接的到塑料、 陶瓷或金屬零件， 零件的 翹曲變形比液態(tài)光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對整個截面進行掃描和燒 結(jié)，加

8、上工作室需要升溫和冷卻，成型時間較長。 此外， 由于受到粉末顆粒大小及激光點的 限制，零件的表面一般呈多孔性。在燒結(jié)陶瓷、金屬與粘結(jié)劑的混合粉并得到原型零件后， 須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結(jié)劑，并在孔隙中滲入填充物，其后處理復(fù)雜。粉末材料選擇性燒結(jié)快速原型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計的可視化表現(xiàn)和制作功能測試零件。 由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進行燒結(jié)、 進行滲銅等后處理， 因而其制成的產(chǎn)品可 具有與金屬零件相近的機械性能，故可用于制作 EDM 電極、直接制造金屬模以及進行小批 量零件生產(chǎn)。SLS 快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、與其他工藝相比，能生產(chǎn)最硬的模具。2、可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)

9、工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等。3、零件的構(gòu)建時間短，可達到 1in/h 高度。4、無需對零件進行后矯正。5、無需設(shè)計和構(gòu)造支撐。選擇性燒結(jié)的最大優(yōu)點是可選用多種材料， 適合不同的用途、 所制作的原型產(chǎn)品具有較 高的硬度，可進行功能試驗。SLS 快速原型技術(shù)缺點是：1、在加工前， 要花近 2 小時的時間將粉末加熱到熔點以下， 當(dāng)零件構(gòu)建之后， 還要花 5-10 小時冷卻， 然后才能將零件從粉末缸中取出。2、表面的粗糙度收粉末顆粒大小及激光點的限制。3、零件的表面一般是多孔性的，為了使表面光滑必須進行后處理。4、需要對加工室不斷充氮氣以確保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。5、該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污

10、染環(huán)境。LOM 箔材疊層實體制作（ Laminated Object Manufacturing ）快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝， 簡稱 LOM 。箔材疊層實體制作是根據(jù)三維 CAD 模型每個截面的輪廓線，在計算機控制下，發(fā)出控 制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作 X 和 Y 方向的移動。供料機構(gòu)將地面涂有熱溶膠的箔 材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材）一段段的送至工作臺的上方。激光切割系 統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪 廓線，并將紙的無輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件， 并在

11、每層成型之后， 降低一個紙厚， 以便送進、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小 廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。疊層實體制作快速原型工藝適合制作大中型原型件， 翹曲變形較小， 尺寸精度較高， 成型 時間較短， 激光器使用壽命長， 制成件有良好的機械性能， 適合于產(chǎn)品設(shè)計的概念建模和功 能性測試零件。且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模。 LOM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進行切割，無需掃描整個斷面，所以這是一個高 速的快速原型 工藝。零件體積越大，效率越高。2、加工后零件可以直接使用，無需進行后矯正。3、無需設(shè)計和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。4、易于使用，無環(huán)境污染。LOM 快速原型技術(shù)的缺點是