逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用 第4版 思考題及答案 項(xiàng)目六 快速成型材料及后處理

《項(xiàng)目六快速成型材料及后處理》思考題參考答案6-1快速成型工藝對(duì)成型材料有什么樣的要求？答：不同的快速成型工藝對(duì)所采用材料的性能要求不同，但基本要求是一樣的，主要體現(xiàn)在：(1)有利于快速精確地成型原型零件；(2)當(dāng)成型件為間接使用零件，其性能要有利于后續(xù)處理工藝；(3)當(dāng)成型件為直接功能件時(shí)，其材料要接近制件最終對(duì)強(qiáng)度、剛度、耐潮性、熱穩(wěn)定性等的要求。當(dāng)然，與快速成型件的四個(gè)應(yīng)用層面（概念型、測(cè)試型、模具型、功能零件）相適應(yīng)，對(duì)成型材料的要求也會(huì)不同。概念型對(duì)材料成型精度和物理化學(xué)特性要求不高，主要要求是成型速度快。如對(duì)光敏樹脂，要求較低的臨界曝光功率、較大的穿透深度和較低的粘度。測(cè)試型對(duì)于材料成型后的強(qiáng)度、剛度、耐溫性、抗蝕性等有一定要求，以滿足測(cè)試要求；如果用于裝配測(cè)試，則對(duì)材料的成型精度還有一定的要求。模具型要求材料適應(yīng)具體模具制造要求，如對(duì)于消失模鑄造用原型，要求材料易于去除。功能零件則要求材料具有較好的力學(xué)性能和化學(xué)性能。6-2FDM工藝常用的材料有哪些？什么材料適合于桌面式FDM快速成型設(shè)備？答：FDM常用的材料為塑料，主要有以下幾種：ABS、PLA、PC、尼龍、TPU/TPE材料、PEEK材料、在PLA/ABS中混合其他材料的成型材料。ABS、PLA都可以應(yīng)用在桌面式FDM快速成型設(shè)備上，但考慮到綠色制造的理念和對(duì)環(huán)境的友好，PLA更為適合。6-3應(yīng)用于金屬成型制造的材料主要有哪幾種？答：目前，快速成型用金屬材料主要有粉末和絲材兩種形式。金屬絲材與傳統(tǒng)焊絲相同，理論上凡能在工藝條件下熔化的金屬都可作為快速成型的材料。粉末是最常用的成型材料形式，所采用的快速成型工藝主要有選擇性激光燒結(jié)SLS、電子束熔融EBM、選擇性激光溶化SLM和激光近凈成形LENS。其中選擇性激光溶化SLM為研究的熱點(diǎn)，其使用高能激光源，可以熔融多種金屬粉末。與金屬快速成型工藝的多樣性相比，適用于快速成型的金屬材料卻較為有限，尤其是工業(yè)級(jí)的成型材料，只有十余種，因?yàn)橹挥屑儍舳雀?、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低的金屬粉末材料，才能滿足金屬零件的快速成型需求。目前，應(yīng)用于快速成型的金屬粉末材料主要有鈦合金、不銹鋼、鋁合金、高溫合金、鎂合金等，此外還有用于成型首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。6-4在快速成型技術(shù)的發(fā)展過程中，成型材料呈現(xiàn)出什么問題？答：在快速成型技術(shù)的發(fā)展過程中，我國(guó)的快速成型材料，尤其工業(yè)級(jí)的，主要存在以下幾方面的問題：（1）可適用的材料成熟度跟不上快速成型市場(chǎng)的發(fā)展速度。（2）價(jià)格高，研發(fā)難度大?？焖俪尚筒牧弦话阋髲?qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、具有良好的可燒結(jié)性，同時(shí)，還要求材料無毒、環(huán)保，性能穩(wěn)定，能夠滿足快速成型持續(xù)可靠運(yùn)行。另外，還要求材料的經(jīng)濟(jì)性好，簡(jiǎn)單說就是成本低，客戶用得起?？焖俪尚筒牧蟽r(jià)格降低的主要途徑只能是關(guān)鍵技術(shù)的突破，但目前這一點(diǎn)還難以解決。（3）材料市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)材料的技術(shù)含量和水平不夠信任，認(rèn)可度低。（4）成型材料對(duì)人體的安全性與對(duì)環(huán)境的友好性之間存在相對(duì)較大的矛盾。（5）缺乏標(biāo)準(zhǔn)化及系列化規(guī)范。以上雖然是國(guó)內(nèi)成型材料發(fā)展過程中所遇到的問題，但“一葉可窺世界”。國(guó)際上成型材料的發(fā)展也遇到了相同的問題。6-5未來的成型材料將向哪方面發(fā)展？答：隨著科技的發(fā)展，人們?cè)絹碓缴羁痰亓私獾匠尚筒牧吓cRP技術(shù)間相互促進(jìn)、共同發(fā)展的關(guān)系。目前，成型材料呈現(xiàn)出以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)：（1）隨著快速成型技術(shù)的逐漸成熟，金屬材料的形態(tài)也將越來越豐富，高性能的金屬粉末材料將逐步取代塑料與樹脂，成為最主要的成型材料。（2）成型材料的成本將不斷降低，材料的使用性能、工藝性能將大幅提高。這一趨勢(shì)有一定技術(shù)難度，尤其在一些特殊領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，要求非常高，需要科研人員的大量研發(fā)攻關(guān)來解決。（3）成型材料逐步國(guó)產(chǎn)化?？焖俪尚椭饕獞?yīng)用于高端制造領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用較少，使得成型材料的應(yīng)用市場(chǎng)較窄。另外一方面，國(guó)內(nèi)成型材料的生產(chǎn)企業(yè)較少，成型材料大量依賴進(jìn)口，而國(guó)外的專利與壟斷又進(jìn)一步推高了材料價(jià)格。隨著我國(guó)高端制造業(yè)的升級(jí)發(fā)展，增材制造將和減材制造、等材制造三分天下，其成型材料的國(guó)產(chǎn)化必將成為不可逆的新趨勢(shì)，這也將推動(dòng)我國(guó)材料企業(yè)向技術(shù)含量更高、產(chǎn)品附加值更高的上游產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。6-6FDM成型件的后處理方法有哪些？答：FDM成型件的后處理方法有：蒸汽平滑、滾筒磨光、染色、涂漆、表面紋理化、噴砂、機(jī)加工、金屬化、覆膜、水紋等。6-7PLA與ABS成型件所采用的化學(xué)拋光方法有什么不同？為什么？答：PLA與ABS成型件所采用的化學(xué)拋光方法主要是熏蒸，但使用時(shí)有所不同。若成型材料為ABS，則用丙酮作為溶劑；若為PLA，則用氯仿?，F(xiàn)在市場(chǎng)有專門的PLA化學(xué)拋光液，可直接涂覆在成型件表面進(jìn)行表面光滑。6-8SLA成型件的后處理流程？答：SLA成型時(shí)支撐部分所用材料與成型件的材料相同。支撐形狀通常為樹狀，其中樹枝與零件點(diǎn)接觸并對(duì)其進(jìn)行支撐。大多數(shù)立體光固化系統(tǒng)成型的部件從成型設(shè)備中取出后，都要放在紫外線烘箱或自然光下完成固化。通常需要在照射固化前取下支撐，并打磨零件，因?yàn)檫@時(shí)材料還略軟，更容易取下。SLA的支撐使用手動(dòng)工具進(jìn)行去除即可。6-9SLS金屬成型件的后處理流程？答：金屬支撐的去除方法：（1）熱處理。金屬增材制造時(shí)，整個(gè)零件是焊接在一塊成型基板上的。因此后處理的第一步是將帶有零件的成型基板一起進(jìn)行熱處理以去除殘余應(yīng)力，否則當(dāng)零件從平臺(tái)上卸下后極易發(fā)生變形。（2）從成型基板上卸下零件。通常采用電火花線切割或使用鋸來完成，因此，在設(shè)置打印文件時(shí)，通常將零件定位在基板上方2-5mm處。如果使用電火花線切割卸下零件，考慮到切割線寬度對(duì)零件材料切割消耗的影響，需要預(yù)留2mm的高度進(jìn)行切割；如果使用鋸，考慮到鋸條寬度對(duì)零件材料切削消耗的影響，則預(yù)留5mm的