先進(jìn)制造技術(shù)

80年代末RPM技術(shù)首先在美國(guó)問(wèn)世；工業(yè)國(guó)家稱RPM技術(shù)是繼數(shù)控技術(shù)后又一場(chǎng)技術(shù)革命；我國(guó)92年進(jìn)入RPM領(lǐng)域；清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源等單位在RMP設(shè)備、材料和軟件方面先后完成了開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程；我國(guó)MRP許多關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到或領(lǐng)先國(guó)際先進(jìn)水平。

3.5.1RPM技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展利用CAD軟件，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的三維模型或?qū)嶓w模型；利用切片軟件，將CAD模型離散化，即沿某一方向分層切片，分割成許多層面，獲得各層的輪廓數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)分層信息的控制下，通過(guò)一定的手段和設(shè)備，順序加工出各層面的實(shí)體輪廓形狀；通過(guò)熔合、粘結(jié)等手段，使獲得的各實(shí)體層面逐層堆積成一體，從而快速制造出所要求形狀的零件或模型即采用“分層制造，逐層疊加”的“增長(zhǎng)法”成型工藝3.5.2RPM技術(shù)原理RPS分層切片STL文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)1、光敏液相固化法(SLA)激光成形機(jī)中的激光束按數(shù)控指令掃描，使盛于容器內(nèi)的液態(tài)光敏樹(shù)脂逐層固化并粘結(jié)在一起。特點(diǎn)：可成形任意復(fù)雜形狀零件；成形精度高，達(dá)±0.1mm；材料利用率高，性能可靠。不足：材料昂貴，光敏樹(shù)脂有一定毒性。3.5.3典型的RPM工藝方法

SLA工藝原理圖

2、選區(qū)片層粘結(jié)法（LOM）LOM法是利用背面帶有粘膠的箔材或紙材通過(guò)相互粘結(jié)成形的。特點(diǎn)：成形速度快，成形材料便宜，無(wú)相變、無(wú)熱應(yīng)力、形狀和尺寸精度穩(wěn)定不足：成形后廢料剝離費(fèi)時(shí)，不宜制作薄壁零件。LOM工藝原理圖

3、選區(qū)激光燒結(jié)法（SLS）SLS工藝是采用粉末狀材料成形的。用激光束在計(jì)算機(jī)的控制下有選擇地進(jìn)行燒結(jié)，被燒結(jié)部分固化在一起構(gòu)成了零件的實(shí)心部分。特點(diǎn)：取材廣泛，包括各種可熔粉末材料，不需要支撐材料。缺點(diǎn)是成形速度較慢，由于粉末鋪層密度低會(huì)導(dǎo)致精度較低和強(qiáng)度較低。SLS工藝原理圖1-激光器

2-鋪粉滾筒

3-激光窗

4-加工平面

5-原料粉末

6-生成零件

4、熔絲沉積成形法（FDM）FDM是由計(jì)算機(jī)根據(jù)CAD模型確定的幾何信息控制FDM噴嘴,將使用的材料通過(guò)加熱器的擠壓頭熔化成液體,使熔化的熱塑材料絲通過(guò)噴嘴擠出,擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng),擠出半流動(dòng)FDM工藝原理圖

的熱塑材料沉積固化成精確的實(shí)際部件薄層,覆蓋于已建造的零件之上,并迅速凝固,形成一層材料。特點(diǎn)：無(wú)需激光系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用便宜，尺寸精度高，表面光潔度好，適合薄壁零件。不足：需要支撐材料。FDM工藝原理圖

3.5.4RPM技術(shù)的應(yīng)用RPM的應(yīng)用

快速模具制造工藝方法

第六節(jié)微細(xì)加工技術(shù)

3.6.1微機(jī)械及其特征

3.6.2微細(xì)加工工藝方法

3.6.3微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)微小機(jī)械1-10mm；微機(jī)械1μm-1mm；納米機(jī)械1nm-1μm。體積小、精度高、重量輕如直徑如發(fā)絲的齒輪、開(kāi)動(dòng)3mm大小的汽車、花生米大的飛機(jī)、在5mm2內(nèi)放置1000臺(tái)的微型發(fā)動(dòng)機(jī)。性能穩(wěn)定、可靠性高微機(jī)械體積小，熱膨脹、噪聲、撓曲等影響小，具有抗干擾性，可在較差環(huán)境下穩(wěn)定的工作。能耗低、靈敏度、工作效率高不存在信號(hào)延遲問(wèn)題，可進(jìn)行高速工作。消耗的能量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)械如5*5*0.7mm3微型泵流速是比其體積大得多的小型泵流量的1000倍。多功能和智能化集傳感器、執(zhí)行器、信號(hào)處理和電子控制電路為一體，易于實(shí)現(xiàn)多功能化和智能化。制造成本低類似半導(dǎo)體制造工藝。

3.6.1微機(jī)械及其特征3.6.2微細(xì)加工工藝方法

從基本加工類型看，微細(xì)加工可大致分四類：分離加工——將材料的某一部分分離出去的加工方式，如分解、蒸發(fā)、濺射(可去除材料，也可增加材料)、破碎等接合加工——同種或不同材料的附和加工或相互結(jié)合加工，如蒸鍍、淀積、摻入、生長(zhǎng)、黏結(jié)等變形加工——使材料形狀發(fā)生改變的加工方式，如塑性變形加工、流體變形加工等材料處理或改性，如一些熱處理或表面改性等1、超微機(jī)械加工利用超小型機(jī)床制作毫米級(jí)以下的微機(jī)械零件難點(diǎn)：微型刀具制造、刀具姿態(tài)、加工基準(zhǔn)定位等微型超精密加工機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖為車、銑、磨、電火花加工的多功能微型加工機(jī)床，最小設(shè)定單位為1nm，單晶金剛石刀具，刀尖圓弧半徑為100nm左右2、光刻加工氧化硅晶片表面形成一層氧化層；涂膠涂光致抗蝕劑；曝光通過(guò)掩模曝光；顯影曝光部分溶解去除；腐蝕未被覆蓋部分腐蝕掉；去膠將光致抗蝕劑去除；擴(kuò)散--向需要雜質(zhì)的部分?jǐn)U散雜質(zhì)，以完成整個(gè)光刻加工過(guò)程。光刻加工工藝示例

3、體刻蝕加工技術(shù)體微機(jī)械加工：用腐蝕方法將硅基片有選擇性地去除部分材料的方法。各向同性腐蝕：以相同速度對(duì)所有晶向進(jìn)行刻蝕；各向異性腐蝕：在不同晶面，以不同速率進(jìn)行刻蝕，利用晶格取向，可制作如橋、梁、薄膜等不同的結(jié)構(gòu)。4、面刻蝕加工技術(shù)l在硅基片上淀積磷玻璃犧牲層材料；l腐蝕犧牲層形成所需形狀；l淀積和腐蝕結(jié)構(gòu)材料薄膜層；l除去犧牲層就得到分離空腔微橋結(jié)構(gòu)。制作雙固定多晶硅橋工藝5、LIGA技術(shù)LIGA技術(shù)是由制版、電鑄和微注塑工藝組成，是全新的三維立體微細(xì)加工技術(shù)。在光致抗蝕劑上生成曝光圖形實(shí)體；用曝光蝕刻的圖形實(shí)體作電鑄用胎膜，在胎膜上沉積金屬形成金屬微結(jié)構(gòu)件；用金屬微結(jié)構(gòu)件作為注塑模具注塑出所需的微型零件。LIGA工藝過(guò)程6、封接技術(shù)目的：將微機(jī)械件連接在一起，使其滿足使用要求。方法：反應(yīng)封接、淀積密封膜和鍵合技術(shù)。反應(yīng)封接：是將多晶硅結(jié)構(gòu)與硅基片通過(guò)氧化反應(yīng)封接在一起。淀積密封膜：是用化學(xué)氣相淀積法在構(gòu)件和襯底之間淀積密封膜。硅-硅直接鍵合：在高溫下依靠硅原子力量直接鍵合在一起形成一個(gè)整體；靜電鍵合：將硅和玻璃之間加上電壓產(chǎn)生靜電引力而使兩者結(jié)合成一體。7、分子裝配技術(shù)掃描隧道顯微鏡STM、原子力顯微鏡AFM具有0.01nm分辨率，是精度最高的表面形貌觀測(cè)儀。利用其探針尖端可以俘獲和操縱分子和原子，并可按照需要拼成一定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分子和原子的裝配制作微機(jī)械。美國(guó)的IBM公司用STM操縱35個(gè)氙原子，在鎳板上拼出了“IBM”三個(gè)字母；日本用原子拼成了“Peace”一詞中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所用原子擺成中國(guó)地圖