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1、快速原型制造技术与光敏液相固化法08 营 孙宇 08060417摘要快速成型技术(Rapid Prototyping Technology-RPT)属于先进制造技术范畴，机械工程学科非传统加工工艺( 或称为特种加工)，是将 CAD、CAM、CNC 、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。它通过叠加成型方法可以自动而迅速地将设计的三维 CAD 模型转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。与传统的制造方法相比，它具有生产周期短，成本低的优势，并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，在新产品的开发中具有广阔的应用前景。目前世界上投入应用的快速成形的方法有十多种，主要包括
2、光敏液相固化法(SLA-StereoLithgraphyApparatus)、分层实体制造(LOMLaminated Object Manufacturing)、选择性激光烧结(SLSSelectiveLaser Sintering)、熔化沉积制造 (FDMFused Deposition Modeling)、固基光敏液相(SGCSolid GroundCuring)等方法。随着快速成形技术的持续发展，它的应用已从单一的模型制作向快速模具制造(RapidTooling，简称 RT)及快速铸造 (Quick Casting，简称 QC)等多用途方向发展，其应用领域涉及航空、航天、机械、汽车、电子
3、、建筑、医疗及美术等行业。光敏液相固化装置一直以美国 3DSystems 公司的 SLA 型产品独占鳖头，并形成垄断市场。由激光器发出的紫外光,经光学系统汇集成一支细光束,该光束在计算机控制下,有选择地扫描液体光敏树脂表面,利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理.一层一层地固化光敏树脂,每固化一层后,工作台下降一精确距离,并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描,使新一层树脂固化并粘在前一层已固化的树脂上,如此反复.直至制作生成该零件实体模型。关键词：快速原型制造技术 光敏液相固化法 概述 工艺原理 系统组成 工艺特点 发展应用Rapid prototyping manufacturing t
4、echnology and photosensitive liquid solidify methodAbstractRapid Prototyping Technology (RPT) Prototyping Technology - will belong to the advanced manufacturing Technology category, mechanical engineering discipline non-traditional machining process (or called special processing), is to CAD, CAM, CN
5、C, laser, precision servo drive, and new materials, and other advanced Technology integration of a brand-new manufacture Technology. It can be automatically by superposition shaping method and rapidly will design 3d CAD model into certain structural and functional prototypes or direct fabrication pa
6、rts. Compared with the traditional manufacturing methods, which has production cycle is short, low cost advantage, and can design flexibility to change, realize flexible production, in the development of new products of the broad application prospect. Currently the world put into application of rapi
7、d forming method has more than ten, mainly including photosensitive liquid solidify method (SLA - StereoLithgraphyApparatus), layered entity Manufacturing (LOM - Laminated Object Manufacturing), selective laser Sintering (SLS - SelectiveLaser Sintering), melt sedimentary Fused Deposition Modeling (F
8、DM - Manufacturing Modeling), Solid base photosensitive liquid (Solid GroundCuring SGC -) method. With the continuous development of rapid forming technique, its application already from onefold model making to rapid tooling manufacturing (RapidTooling, abbreviation RT) and Quick Quick Casting found
9、ry (hereinafter QC) etc, multi-purpose direction development, its application field involved in aviation, spaceflight, machinery, automobiles, electronics, architecture, medical and art, etc. Photosensitive liquid solidify device has been to the United States 3DSystems company SLA type products mono
10、poly turtle head, and form monopoly market. By ultraviolet light from a laser, the optical system pooling into a fine beam, this beam under computer control, selective scanning liquid lightsensitive resins surfaces, use uv solidification in lightsensitive resins mechanism. One layer uv-curable photo
11、sensitive resin, curing layer after every drop a precise, workbench distance, and according to the new layer surface geometry information that laser scanner for liquid surface scanned, make a new layer resin curing and glued to the previous level has formed the resin and so on. Until created this pa
12、rts solid model.Key words: Rapid prototyping manufacturing technology Photosensitive liquid solidify method summary Process principle System composition Process characteristics Development and application引言：随着全球制造业的迅速发展，快速原型制造技术的研究开发受到了各国制造业的普遍重视，而光敏液相固化法的应用对于快速原型技术的发展起到了至关重要的作用。目前，美国、日本、德国、比利时等制造业强
13、国都投入了大量的人力、物力研究该技术，并取得了重大突破。而我国在这方面的发展还远远落后上述发达国家。本课题的研究目的便是着重分析快速原型制造技术与光敏液相固化法的重要方面，为该研究领域的工作者提供一些参考意见。一、快速原型制造技术的产生 全球一体化市场、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市场竞争的主要矛盾。 从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。 快速原型制造于 20 世纪 80 年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，于20 世纪 90 年代初引入我国，是近 20 年来制造技术领域的一项重大突破。 它借助计算机、激光、精密传动、数控技
14、术等现代手段，将 CAD 和 CAM 集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短的时间内直接制造出产品样品，使设计工作进入一种全新的境界。 改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快了产品交新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。二、快速原型制造技术的基本概念快速原型制造技术（Rapid Prototype Manufacturing，RPM）是综合利用 CAD 技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是由 CAD 模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实
15、体零件制造的技术的总称。三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程基本原理 快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在 CAD 模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。 从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成。从 CAD 模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快速成形的工艺参数信息结合，控制材料有规律地、精确地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从制造角度看，它根据 CAD 造型生成零件三维几何信息，控制三维的自动化成形设备，通过激光束或其他方法将材料逐层堆
16、积而形成成形或零件。基本过程具体过程（1）产品的 CAD 建模：应用三维 CAD 软件，根据产品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品的三维模型。（2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。（3）三维模型的 Z 向离散化（即分层处理）：将近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取层片的轮廓信息（4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工运动。（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成的数控指令，RP 系统中的成形头在 XY平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片，并将当前层与已加工好的零件部分粘合。然后，成形机工作台面下降一个层厚的距离，再堆积新的一层。如此反复进行直到整个零件加工完毕。（6）后处理：对完成的原型进行处理，使之达到要求。快速原型工艺流程图：四、快速原型制造技术的特点1、高度柔性化对整个制造过程，仅需改变 CAD 模型或反求数据结构模型，对成形设备进行适当的参数调整
