快速成型技術(shù)的原理

快速成型技術(shù)的原理、工藝過程及技術(shù)特點(diǎn)：1快速成型介紹RP快速原型制造技術(shù)，又叫快速成形技術(shù)〔簡稱RP技術(shù)RAPIDPROTOTYPIN〔簡稱RP技術(shù)，或RAPIDPROTOTYPINGMANUFACTUREING，簡稱RPM?？焖俪尚汀睷P〕技術(shù)是九十年月進(jìn)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為創(chuàng)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭力有樂觀的推動(dòng)作用。自此產(chǎn)生一個(gè)興的技術(shù)領(lǐng)域。RPCAD/CAM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(diǎn)也各有不同。但是，其根本原理都是一樣的，那就是“分層制造，逐層疊加“，類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)“立體打印機(jī)“。RP技術(shù)的優(yōu)越性顯而易見：它可以在無需預(yù)備任何模具、刀具和工裝卡具的狀況下，直接承受產(chǎn)品設(shè)計(jì)〔CAD〕數(shù)據(jù)，快速制造出產(chǎn)品的樣件、模具或模型。因此，RP技術(shù)的推廣應(yīng)用可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)本錢、提高開發(fā)質(zhì)量。由傳統(tǒng)的“去除法“RP業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。2、它具體是如何成形出來的呢？形象地比方：快速成形系統(tǒng)相當(dāng)于一臺(tái)“立體打印機(jī)“。疊加成三維坯件．然后進(jìn)展坯件的后處理，形成零件。快速成型的工藝過程具體如下：l〕產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建。由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅(qū)CADCAD可以利用計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)軟件〔如Pro/E,I-DEAS,SolidWorks,UG等〕直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)展轉(zhuǎn)換而形成三CT然后利用反求工程的方法來構(gòu)造三維模型。〕三維模型的近似處理。由于產(chǎn)品往往有一些不規(guī)章的自由曲面，加工前要對(duì)模型進(jìn)展近似處理，以便利后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。由于STL三角形用3個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個(gè)法向量來描述，三角形的大小可以依據(jù)STLASCll碼兩種輸出形式，二進(jìn)制碼輸出形式所占的空間比ASCII碼輸出形式的文件所占用的空間小得多，但ASCIICADSTL向，在成型高度方向上用一系列肯定間隔的平面切割近似后的模型，0.05mm~0.5mm，常用0.1mm。間隔越小，成型精度越高，但成型時(shí)間也越長，效率就越低，反之則精度低，但效率高。〕成型加工。依據(jù)切片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)掌握下，相應(yīng)的成型頭〔激光頭或噴頭〕按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地積存材料，然后將各層相粘結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)展后燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。快速成型特術(shù)具有以下幾個(gè)重要特征：lRP技RP法難以制造甚至無法制造的零件?！晨焖傩浴Ｍㄟ^對(duì)一個(gè)CAD模型的修改或重組就可獲得一個(gè)零有快速制造的突出特點(diǎn)。〕高度柔性。無需任何專用夾具或工具即可完成簡單的制造過程，快速制造工模具、原型或零件〕快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科多年來追求的兩大先進(jìn)目〔〔CAD〕與制造〔CAM〕一體化〕與反求工程〔ReverseEngineering、CAD虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，成為產(chǎn)品決速開發(fā)的有力工具。造業(yè)產(chǎn)生重要影響。快速成型技術(shù)的分類：技術(shù)LaserTechnolog，例如：光固化成型SLA、分層實(shí)體制造〔LOM、選域激光粉末燒結(jié)〔SLS、外形沉積成型〔SDM〕等；基JettingTechnoloFD三維印刷〔3DP、多相噴射沉積〔MJD。下面對(duì)其中比較成熟的工藝作簡潔的介紹。1、SLA〔StereolithogrphyApparatus〕工藝SLA工藝也稱光造型或立體光刻，由CharlesHul于1984年獲美國專利。1988年美國3DSystemSLA-I，這是世界上第一臺(tái)快速成型機(jī)。SLARPSLA增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。SLA點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開頭時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確維實(shí)體模型。SLA最為成熟的方法。SLA工藝成型的零件精度較高，加工精度一般可到達(dá)0.1mm，原材料利用率近100％。但這種方法也有白身的局限性，比方需要支撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹脂有肯定的毒性等。2、LOM〔LaminatedObjectManufacturing，LOM〕工藝LOM工藝稱疊層實(shí)體制造或分層實(shí)體制造，由美國 Helisys公司的MichaelFeygin于1986年研制成功LOM工藝承受薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材外表事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接用CO2激光器在剛粘接的層上切割出零件截面輪廓和工件外框并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格激光切割完成后工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降，與帶狀片材分別。供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使層移到加工區(qū)域。工作合上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚。再在層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的全部截面粘接、切割完。最終，去除切碎的多余局部，得到分層制造的實(shí)體零件。LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面。因此成型厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工藝過程中不多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無需加支撐。缺點(diǎn)是材料鋪張嚴(yán)峻，外表質(zhì)量差。SLSC.R.Dechard1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成型的。將材料粉末鋪灑在已CO2到零件的截面，并與下面已成型的局部連接。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上的一層材料粉末，有選擇地?zé)Y(jié)下層截面。燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)展打磨、烘干等處理得到零件。SLSSLS吸引力。SLS用。4、3DP(ThreeDimensionPrinting〕工藝三維印刷工藝是美國麻省E-manualSachsSoligenDSPC〔DirectShellProductionCasting〕名義商品化，用以制造鑄造用的陶瓷殼體和型芯。3DP工藝與SLS粘結(jié)劑〔如硅膠〕將零件的截面“印刷”在材料粉來上面。用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉粘結(jié)劑，然后在高溫下滲人金屬，使零件致密化，提高強(qiáng)度。5FDM〔FusedDepostionModeling〕工藝熔融沉積制造〔FDM〕ScottCrump1988FDM的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭材料擠出，材料快速凝固，并與四周的材料分散?？焖俪尚图夹g(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：RP〔包括產(chǎn)品的更換代〔或改型設(shè)計(jì)〕--造型設(shè)計(jì)--構(gòu)造設(shè)計(jì)--根本功能評(píng)估--小批量試制，或進(jìn)展一些物理方面的功能測(cè)試、裝配驗(yàn)證、實(shí)際外目的?？焖俪尚偷膽?yīng)用主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面：RP產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD人員的設(shè)計(jì)思想和產(chǎn)品構(gòu)造的合理性、可裝配性、美觀性，覺察設(shè)計(jì)中的問題可準(zhǔn)時(shí)修改。假設(shè)用傳統(tǒng)方法，需要完成繪圖、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，周期長、費(fèi)用高。假設(shè)不進(jìn)展設(shè)計(jì)驗(yàn)證而直接投產(chǎn)，則一旦存在設(shè)計(jì)失誤，將會(huì)造成極大的損失?？芍圃煨?、可裝配性檢驗(yàn)和供貨詢價(jià)、市場(chǎng)宣傳，對(duì)有限空間RP定的簡單零件，可以用RP，技術(shù)進(jìn)展試生產(chǎn)以確定最正確的合理的工藝。此外，RP原型還是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到商品化各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)展溝通的有效手段。比方為客戶供給產(chǎn)品樣件，進(jìn)展市場(chǎng)宣傳等，快速成型技術(shù)已成為并行工程和靈敏制造的一種技術(shù)途徑。單件、小批量和特別簡單零件的直接生產(chǎn)。對(duì)于高分子材料的零部件，可用高強(qiáng)度的工程塑料直接快速成型，滿足使用要求;對(duì)于航空、航天及國防工業(yè)有特別意義。RP具，如低熔點(diǎn)合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等，進(jìn)展中小批量零件的生產(chǎn)，滿足產(chǎn)品更換代快、批量越來越小的進(jìn)展趨勢(shì)?？斐?、文物保護(hù)等行業(yè)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。快速成型技術(shù)的主要應(yīng)用各行業(yè)的應(yīng)用狀況如下：◆汽車、摩托車：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)、改型、裝配試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、汽缸頭試制。◆家電：各種家電產(chǎn)品的外形與構(gòu)造設(shè)計(jì)，裝配試驗(yàn)與功能驗(yàn)證，市場(chǎng)宣傳，模具制造?！艉娇铡⒑教欤禾貏e零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動(dòng)機(jī)的試制、裝配試驗(yàn)?！糨p工業(yè)：各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、裝配，市場(chǎng)宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。◆醫(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)、試產(chǎn)、試用，CT掃描信息的實(shí)物化，手術(shù)模擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。遙感信息的模型制作。20以市場(chǎng)響應(yīng)速度為第一的狀況下，RP技術(shù)可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)本錢，提高企業(yè)的競(jìng)爭力。下面通過一些事例，說明該項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程中起的作用。1陷，完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)手段日趨先進(jìn)，計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)快捷、直觀，但由于軟件和硬件的局限，設(shè)計(jì)人員仍無法直觀地評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效果和構(gòu)造的合理性以及生產(chǎn)250托車制作的掩蓋件樣件，包括油箱、前后擋板、車座和側(cè)蓋等共13AFS12修改，到達(dá)了抱負(fù)狀態(tài)。這一驗(yàn)證過程，使設(shè)計(jì)更趨完善，避開了盲目投產(chǎn)造成的鋪張。2．裝配驗(yàn)證：制出樣品實(shí)件，進(jìn)展裝配試驗(yàn)。天津某公司托付我方仟元，耗時(shí)2022?5157BABS手工拼接費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，材料鋪張大、加工周期長。對(duì)簡單的構(gòu)造和曲成型法，高度自動(dòng)化，一次成型，周期短，精度高，與設(shè)計(jì)模型之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，更適合樣品組裝件的生產(chǎn)和制造。325010。該零件具有簡單的內(nèi)部構(gòu)造，傳統(tǒng)機(jī)加工無法加工，只能呆用鑄造成型。整個(gè)過程需經(jīng)過開模、制芯、組模、澆鑄、噴砂和機(jī)加等工序，與實(shí)際生產(chǎn)過程一樣。其中僅開模一項(xiàng)就需三個(gè)月時(shí)間。這對(duì)于51010天后得到了鑄造毛坯。經(jīng)過必要的機(jī)加工，30天即完成了此款發(fā)動(dòng)機(jī)的試制。4．快速鑄造：在制造業(yè)特別是航空、航天、國防、汽車等重點(diǎn)行業(yè)，些零件的生產(chǎn)常承受鑄造或解體加工的方法。在鑄造生產(chǎn)中，模板、還需要鉗工進(jìn)展修整，不僅周期長、耗資大，而且從模具設(shè)計(jì)到加工對(duì)一些外形簡單的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等，模具的制造是一個(gè)難度更大的問題，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍有很大困難?？梢栽O(shè)想，假設(shè)遇的。激光快速成型技術(shù)已被證明是解決小批量簡單零件制造的格外有效葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、泵體、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等千余仕掃盤鉆件我56S80Omm410m造，模具制造周期約需半年，費(fèi)用幾十萬。用快速鑄造方法，快速成761026537比原打算提前了3個(gè)月。5．翻模成型：實(shí)際應(yīng)用上，很多產(chǎn)品必需通過模具才能加工出來。用成830，澆入配好的硅橡膠，靜置12?20，取出硅橡膠用刀沿預(yù)定分型線劃開，將母模取出，用于澆鑄泵殼蠟型的硅膠模即翻制成功。通過該模制出蠟型，經(jīng)過涂殼、焙燒、失蠟短了三分之二，費(fèi)用節(jié)約了四分之三。6．樣品制作：制造產(chǎn)品替代品，用于展現(xiàn)產(chǎn)品，進(jìn)展市場(chǎng)宣傳，如通訊、家電及建筑模型制作等。7．工藝和材料驗(yàn)證：快速制作各種蠟?zāi)?，用于精鑄工藝和型材料的摸然后涂殼、編號(hào)、失蠟鑄造。將所得葉片鑄件進(jìn)展測(cè)量，反復(fù)幾次即渦輪，要求材質(zhì)高，鑄件密實(shí)。使用激光快速自動(dòng)成型機(jī)，制作精鑄用蠟?zāi)Ｋ膫€(gè)，編號(hào)涂