快速成型技術(shù)存在的問題

激光快速成型一、引言二、現(xiàn)狀三、歷史發(fā)展概況四、激光快速成型技術(shù)原理五、與傳統(tǒng)工藝比較它有那些主要優(yōu)點(diǎn)六、幾種激光快速成型技術(shù)介紹七、應(yīng)用與發(fā)展前景激光快速成型一、引言

激光快速成型技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一門高新技術(shù)。它是利用激光技術(shù)、CAX技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新材料技術(shù)、直接造型、快速制造產(chǎn)品模型的一們多學(xué)科綜合技術(shù)。目前，激光快速成型技術(shù)主要應(yīng)用在航空航天、汽車、玩具制造等行業(yè)。引言引言

從國際市場來看，RP市場正逐漸向RM（快速制）市場發(fā)展，RP市場本身已進(jìn)入成熟的商業(yè)化階段。我國已初步形成了RP設(shè)備和材料的制造體系。近年來，我國已經(jīng)建立一批向企業(yè)提供RP技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，并開始起到了積極的作用,推動(dòng)了該技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)狀現(xiàn)狀1﹑什么是激光快速成型技術(shù)快速成型技術(shù)是將CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集成的一種全新制造技術(shù)。2﹑激光快速成型與傳統(tǒng)工藝比較新舊流程圖如下圖快速成型技術(shù)存在的問題快速成型技術(shù)存在的問題激光快速成型發(fā)展歷史激光快速成型發(fā)展歷史快速成型技術(shù)存在的問題

激光成型技術(shù)原理為離散、堆積理論。通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，通過堆積材料疊加起來形成三維實(shí)體。

激光快速成型技術(shù)原理激光快速成型技術(shù)原理激光快速成型技術(shù)的基本原理激光快速成型技術(shù)的基本原理與傳統(tǒng)工藝比較它有那些主要優(yōu)點(diǎn)1﹑快速性2﹑適合成型復(fù)雜零件3﹑高度柔性4﹑高度集成化與傳統(tǒng)工藝比較它有那些主要優(yōu)點(diǎn)1﹑快速性快速性：生產(chǎn)制品的周期較傳統(tǒng)加工工藝短。RP對(duì)設(shè)計(jì)的敏感性很低，制造時(shí)幾乎不用考慮制品的外形問題，由此可節(jié)約大量時(shí)間。適合成型復(fù)雜零件：不論零件多復(fù)雜，都由計(jì)算機(jī)分解為二維數(shù)據(jù)進(jìn)行成型制作，無簡單復(fù)雜之分，因此他特別適合成型形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以制造甚至無法制造的零件?？焖傩裕焊叨热嵝裕毫慵谝慌_(tái)設(shè)備上即可快速成型出具有一定精度﹑滿足一定功能的原理及零件（若要修改零件只要修改CAD模型即可）高度集成化：激光快速成型技術(shù)將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成STL格式后，即可開始快速制作（該過程是二維操作在CAD只完成的）。高度柔性：幾種激光快速成型技術(shù)介紹1﹑立體光造型技術(shù)2﹑選擇性激光燒結(jié)技術(shù)3﹑激光熔覆成形技術(shù)4﹑激光近型制造技術(shù)5﹑薄片疊成制造技術(shù)幾種激光快速成型技術(shù)介紹1﹑立體光造型技術(shù)一﹑立體光造型技術(shù)

原理：計(jì)算機(jī)控制激光束對(duì)光敏樹脂為原料的表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層(約十分之幾毫米)產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。一﹑立體光造型技術(shù)立體光造型技術(shù)的原理示意圖立體光造型技術(shù)的原理示意圖

1、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。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(tái)階不平及不同層面間的曲面不平；比較適合做小件及較精細(xì)件?？芍苯又圃焖芰霞?，產(chǎn)品為透明體。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。5、成形速度較快。

優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。

2、成型件需后處理，二次固化，防潮處理等工序。

3、光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過100℃，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強(qiáng)。4、氦-鎘激光管的壽命僅3000小時(shí)，價(jià)格較昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高同時(shí)需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描固化，成型時(shí)間較長，因此制作成本相對(duì)較高。

5、可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。6、需要設(shè)計(jì)工件的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)需在未完全固化時(shí)手工去除，容易破壞成型件。缺點(diǎn)1、需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。

2、成型件需立體光造型制造的蜂窩結(jié)構(gòu)立體光造型制造的蜂窩結(jié)構(gòu)二﹑選擇性激光燒結(jié)技術(shù)

原理：SLS技術(shù)與SLA技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料。二﹑選擇性激光燒結(jié)技術(shù)快速成型技術(shù)存在的問題1、與其他工藝相比，能生產(chǎn)很硬的模具。有直接金屬型的概念。2、可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等。3、零件的構(gòu)建時(shí)間短，可達(dá)到1in/h高度。4、無需對(duì)零件進(jìn)行后矯正。5、無需設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

1、需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。2、預(yù)熱和冷卻時(shí)間長，總的成形周期長。3、成形件強(qiáng)度和表面質(zhì)量較差，精度低。表面粗糙度的高低受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。4、零件的表面一般是多孔性的，為了使表面光滑必須進(jìn)行滲蠟等較復(fù)雜的后處理。在后處理中難于保證制件尺寸精度，后處理工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。5、需要對(duì)加工室不斷充氮?dú)庖源_保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。6、該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。缺點(diǎn)缺點(diǎn)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用

美國DTM公司研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品，該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，可注塑5萬件工件。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原型制造，發(fā)展到快速工模具制造,成為國內(nèi)外應(yīng)用研究開發(fā)的重點(diǎn)。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用

粉末燒結(jié)激光快速成形系統(tǒng)（SLS）

粉末燒結(jié)激光快速成形系統(tǒng)（SLS）快速成型技術(shù)存在的問題從美國選購之選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng):2500plus從美國選購之選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng):2500plus三﹑激光熔覆成形技術(shù)LCF

原理：LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)基本相同，也是通過對(duì)工作臺(tái)數(shù)控，實(shí)現(xiàn)激光束對(duì)粉末的掃描、熔覆，最終成形出所需形狀的零件。三﹑激光熔覆成形技術(shù)LCF1、激光束的能量密度高，作用時(shí)間短，使基材熱影響區(qū)及熱變形均可降低到最小程度。2、可對(duì)基材表面進(jìn)行改性。3、熔覆層組織致密，微觀缺陷少，結(jié)合強(qiáng)度高，性能更優(yōu)。4、熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制。5、無污染無輻射低噪聲勞動(dòng)條件得到較大程度的改善。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度和強(qiáng)度的影響因數(shù)：零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、光強(qiáng)分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對(duì)成形零件的精度和強(qiáng)度有影響。

與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別：激光熔覆成形能制成非常致密的金屬零件，其強(qiáng)度達(dá)到甚至超過常規(guī)鑄造或鍛造方法生產(chǎn)的零件，因而具有良好的應(yīng)用前景。精度和強(qiáng)度的影響因數(shù)：零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸激光對(duì)瓦楞輥進(jìn)行熔覆過程激光對(duì)瓦楞輥進(jìn)行熔覆過程風(fēng)機(jī)葉輪軸頸激光熔覆風(fēng)機(jī)葉輪軸頸激光熔覆激光熔覆成型激光熔覆成型四﹑激光近型制造技術(shù)LENS

原理：

LENS技術(shù)是將SLS技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合，并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)組成：：計(jì)算機(jī)、高功率激光器、多坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)、送粉裝置。

四﹑激光近型制造技術(shù)LENS優(yōu)點(diǎn)：

除了有SLS的優(yōu)點(diǎn)外,還有成型金屬零件非常致密，力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。選用的金屬粉末形式：

1﹑單一金屬，

2﹑金屬加低熔點(diǎn)金屬粘結(jié)劑，

3﹑金屬加有機(jī)粘結(jié)劑。

優(yōu)點(diǎn)：五﹑薄片疊成制造技術(shù)（LOM）

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約材料，生產(chǎn)周期短。

原理：是利用在一定條件下（如加熱等）可以黏結(jié)的帶狀材料（通常使用紙或陶瓷基或金屬材料），運(yùn)用激光切割出按照

RP軟件離散出的各層形狀，隨后再使各層黏合為一個(gè)幾何整體。五﹑薄片疊成制造技術(shù)（LOM）快速成型技術(shù)存在的問題應(yīng)用應(yīng)用1﹑用于制造復(fù)雜形狀的零件2﹑快速制造原型3﹑用于制造多種材料或非均勻材料的零件4﹑用于制造活性金屬的零件5﹑用于小批量生產(chǎn)塑料制件6﹑用于制造各種模具或模型應(yīng)用1﹑用于制造復(fù)雜形狀的零件應(yīng)用1﹑用于制造復(fù)雜形狀的零件：

特別適用于在航天航空工業(yè)中制作大型加強(qiáng)筋的整體薄壁結(jié)構(gòu)。在制造內(nèi)部型腔時(shí)，不需要做芯子和模子，故特別適合制造很小的零件，很薄的壁及雕刻表面。2﹑快速制造原型：可以在極短的時(shí)間內(nèi)制造出原件，進(jìn)行外觀﹑功能和合運(yùn)動(dòng)上的考核，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和及時(shí)糾正，避免由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而帶來的工裝和模具的浪費(fèi)。3﹑用于制造多種材料或非均勻材料的零件：再制造多種材料的種類，因此可以生產(chǎn)出各種不同材料、顏色、機(jī)械性能、熱性能組合的器件。1﹑用于制造復(fù)雜形狀的零件：4﹑用于制造活性金屬的零件：

由于激光快速成型制造能夠提供良好的工作環(huán)境，材料浪費(fèi)少，所以可以用于加工活性金屬（鈦鎢鎳）及其他特殊金屬。另外，它還可以用于大型金屬齡零件的修復(fù)5﹑用于小批量生產(chǎn)塑料制件:

從投入與產(chǎn)出角度看，一個(gè)塑料制件模具需要生產(chǎn)數(shù)千個(gè)零件才劃的來，幾十件到幾百件可以用于快速成型法來經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn);特別是在不同的零件生產(chǎn)時(shí)，快速成型法優(yōu)點(diǎn)更加明顯。6﹑用于制造各種模具或模型:

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)在航空工業(yè)中最有發(fā)展前途的運(yùn)用，就是制造精密鑄造中的陶瓷模殼和型芯。采用該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以制造殼型的蠟?zāi)）p蠟?zāi)沧⑾到y(tǒng)及蠟?zāi)５娜刍且幌盗袕?fù)雜的工藝和設(shè)備，因此，聲場周期短﹑成本低。4﹑用于制造活性金屬的零件：展望未來展望未來快速成型技術(shù)存在的問題

1﹑零件精度不夠高

2﹑材料種類不夠高

3﹑機(jī)械性能不夠高

快速成型技術(shù)存在的問題1﹑分成方式演變

PR數(shù)據(jù)處理過程是將CAD數(shù)據(jù)模型STL文件按一定方式分層片模型數(shù)據(jù)CLI文件，以便于加工成層片從而堆積成實(shí)體。目前傳統(tǒng)的分層已從二維平面分層向空間的曲面分層。2﹑材料功能

具有特定功能的電﹑磁的特殊功能材料（超導(dǎo)體﹑磁存儲(chǔ)介質(zhì)）采用快速成型技術(shù)制造。3﹑組織工程材料

生物醫(yī)學(xué)工程已成為新的科學(xué)研究熱點(diǎn)，其中生命體的人工合成和器官的人工替代是該領(lǐng)域的科學(xué)前沿。快速成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1﹑分成方式演變快速成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)快速成型技術(shù)存在的問題其它應(yīng)用

Helisy公司利用LOM工藝切割金屬薄板并層壓成金屬零件；AEROMet公司生產(chǎn)的鈦合金結(jié)構(gòu)件已經(jīng)獲準(zhǔn)在時(shí)間飛機(jī)上使用，例如F22飛機(jī)內(nèi)龍骨腹板FA18EF飛機(jī)的機(jī)翼翼根吊環(huán)和用于降落的連接桿C17飛機(jī)外掛架的儀表板和整流板以及伊拉克戰(zhàn)爭中F15飛機(jī)上替換鋁合金使用鈦合金外掛架異肋等。其它應(yīng)用Helisy公司利用LOM工藝切激光燒結(jié)快速成型激光燒結(jié)快速成型激光快速成型：電話機(jī)殼激光快速成型：電話機(jī)殼廣州瑞通與華南理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的SLM設(shè)備外觀廣州瑞通與華南理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的SLM設(shè)備外觀

RP是一種處在發(fā)展完善過程的高新技術(shù)。目前我國有多家大專院校和科研機(jī)構(gòu)從事RP技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的研究，但是其普及程度和應(yīng)用開發(fā)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的要求，但經(jīng)過科技人員的不懈努力，我國在RP及相關(guān)技術(shù)研究方面必將取得長足進(jìn)步。

21世紀(jì)將是以知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息社會(huì)為特征的時(shí)代，在制造業(yè)日趨國際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴以生存的關(guān)鍵。因此，快速成型、制模、制造技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

結(jié)束語結(jié)束語參考文獻(xiàn)

左鐵釧等編著.《21世紀(jì)的先進(jìn)制造—激光技術(shù)與