快速原型技術(shù)的應(yīng)用

1、機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)技術(shù)制造論文題目：快速原型制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：10B2學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：二。一三 年 月快速原型制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用摘要 : 十幾年前興起的快速原型制造(RP， Rapid Prototyping )技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除型加工不同，乃是一種基于離散/ 堆積原理的“生長型”加工，也稱為分層疊加成形。所謂離散 / 堆積原理，是指在計(jì)算機(jī)的管理與控制下，先將模型離散成一層層截面輪廓信息，然彳爰在RP成形設(shè)備上依次制造出各個(gè)片層并逐層粘結(jié)成一體，從而堆積出三維實(shí) 體制件。顯而易見，RP是在零件CAD真型的驅(qū)動(dòng)下快速制造出任意復(fù)雜形狀實(shí)體的技術(shù)。RP

2、 工藝極大地依賴于材料本身的特性，所處理的材料既要首先能夠滿足離散/ 堆積成形的特殊要求，又要能進(jìn)行彳爰處理和成形彳爰具有必要功能，因此RP工藝所擅長處理的材料目前只限于樹脂、蠟、某些工程塑料和紙等幾類，與制造領(lǐng)域廣泛使用的金屬等 高強(qiáng)度材料尚有距離，故以往多用于產(chǎn)品開發(fā)過程制造物理原型件，也就是說RP最初是作為復(fù)雜形狀構(gòu)件原型的成形方法出現(xiàn)的，故稱之為“快速原型制造”。如果進(jìn)一步細(xì)分，物理原型件又可分為概念原型和功能原型兩類。概念原型主要是展示制品的立體形態(tài)和結(jié)構(gòu)，供人多角度觀察和用手觸摸，比計(jì)算機(jī)上的虛擬原型具有 更強(qiáng)的真實(shí)感。它不僅有助于激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新火花，還能促進(jìn)設(shè)計(jì)部門與其它部門和

3、 客戶進(jìn)行深入交流。功能原型則不僅要給人提供視覺和觸覺反饋，而且還可以進(jìn)行裝配 檢查(現(xiàn)在有的概念原型也有此要求)以及承受傳熱、流體力學(xué)等性能實(shí)驗(yàn)。以母模為基礎(chǔ)來制造各種模具，速度快、成本低，但母模特別是形狀復(fù)雜的母模獲取不易，而RP技術(shù)很易將體現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思的CAD真型變?yōu)榉墙饘俨牧系哪改?，為快速制?RT, Rapid Tooling )技術(shù)注入了新的活力，RP與RT的結(jié)合(RP+RT是快速原型 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域最重要的擴(kuò)展。除此之外，人們也正將RP技術(shù)應(yīng)用于微納米制造領(lǐng)域。RP 技術(shù)不只在制造業(yè)的應(yīng)用方興未艾， 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也充滿生機(jī)。 不僅根 據(jù)CT掃描或MRI磁共振數(shù)據(jù)快速制作的人體

4、器官實(shí)體模型可以幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷和確 定治療方案，而且借助RP技術(shù)制作的人體假肢還能與結(jié)合部位實(shí)現(xiàn)最大程度的吻合。 近幾年國內(nèi)外更是熱衷于研究將生物材料快速成形為人工器官的課題， 其中人工骨的研 究已取得可喜的成果。例如中國清華大學(xué)采用噴射方法，將生物材料在低溫環(huán)境下堆積 成形，制成多孔大段人工骨的細(xì)胞載體框架，經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明該框架能有效降解。有專家甚至說，雖然RP技術(shù)最初出現(xiàn)在制造行業(yè)，但它最激動(dòng)人心的應(yīng)用將是在生物醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域?；赗P的快速制模技術(shù)模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)最重要的工藝裝備，而且模具形狀復(fù)雜又屬單件生產(chǎn)，最好能借助RP技術(shù)由模具（零件反型）的CAD真型直接制作金屬模具，但其工藝目前

5、尚不十分成熟。因此當(dāng)前更多的還是以RP制作的非金屬原型件為母模，結(jié)合傳統(tǒng)的制造方法來間接快速制作模具。薄材。它是用激光切割或高速銑削的方法制造出層面輪廓，再經(jīng)由焊接或粘結(jié)疊加為三維金屬制件，比如日本先用激光將兩面涂敷低熔點(diǎn)合金之0.2mm厚度的薄鋼板切割成層面輪廓，再逐層互焊成為鋼模具。金屬薄材畢竟厚度不會(huì)太小，臺(tái)階效應(yīng)明顯，如材料為薄膜便可使成形精度得到改進(jìn)?；赗P技術(shù)的間接快速制模法，可以根據(jù)所要求模具壽命的不同，結(jié)合不同的傳 統(tǒng)制造方法來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于壽命要求不超過500件的模具，可使用以RP原型作母模、再澆注液態(tài)環(huán)氧樹脂與其它材料（如金屬粉）的復(fù)合物而快速制成的環(huán)氧樹脂模。若是僅僅生產(chǎn)2

6、0件50件的注塑模，還可以使用由硅膠鑄模法（以RP原型件為母模）制作的硅橡膠模具。對(duì)于壽命要求在幾百件至幾千件 （上限為3000件5000件）的模具， 則常使用由金屬噴涂法或電鑄法制成的金屬模殼。金屬噴涂法是在RP原型上噴涂低熔點(diǎn)金屬或合金（如用電弧噴涂Zn-Al偽合金），待沉積到一定厚度形成金屬薄殼彳爰，再背襯別的材料并去掉原型便得到所需的型腔模具。電鑄法與此類似，不過它不是用噴涂而是用電化學(xué)方法通過電解液將金屬（鍥、銅）沉積到RP原型上形成金屬殼，所制成的模具壽命比金屬噴涂法更長，但其成形速度慢，且非金屬原型表面尚需經(jīng)過導(dǎo)電預(yù)處理才能電鑄。對(duì)于壽命要求為成千上萬件（ 3000 件以上）的硬

7、質(zhì)模具，主要是鋼模具，常用 RP 技術(shù)快速制作石墨電極或銅電極，再通過電火花加工法制造出鋼模具。比如以RP原型件作母模，翻制由環(huán)氧樹脂與碳化硅混合物構(gòu)成整體研磨模（研磨輪） ，再在專用的研 磨機(jī)上研磨出整體石墨電極。實(shí)踐表明，RP技術(shù)與精密鑄造相結(jié)合，是快速生產(chǎn)單件小批金屬零件的有效方法。最常見的是RP技術(shù)與熔模精鑄相結(jié)合，即用 RP制作的原型件作母模，或者由原型件翻制的軟質(zhì)模具所生產(chǎn)的蠟?zāi)Ｗ髂改＃?再借助傳統(tǒng)的熔模鑄造工藝來生產(chǎn)金屬零件。 此外，以覆膜砂為原料，用SLS法按模具（零件反型）CAD真型也可直接燒結(jié)出鑄造用的砂型 型殼，再通過鑄造工藝生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬零件。參考文獻(xiàn) :1 汪勁松，段廣洪，李方義等基于產(chǎn)品生命周期的綠色制造技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望