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1、IIIIIIIIII快速成形技术的应用与发展IIIIIIIIII 1前言IIII|快速成形技术(Rapid Prototyping RP)又称快速原型制造(RapidIIIII Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，Ii是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一II|个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技I术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思III想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设IIII计思想的校验等方面提供了一种高效
2、低成本的实现手段。即，快速成形技术II!就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原III;型。III!2 RP技术产生背景IIIi (1)随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度III日益成为主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工IIII模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。Ii (2)制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能III够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制II造技术的柔性就十分关键。III，(3)从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学
3、、激光技术的发III展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。I I I I I I I I I3 RP技术基本原理：I I I 快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆，I 积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为II I I 点或面的叠加。从CAD电子模型中离散得到点或面的几何信息，再!I I I 与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地II 堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多|I I 维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。II I4 RP技术的类型|I
4、I I 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其，I 是计算机技术的迅速普遍和CAD / CAM技术的广泛应用，使得RP技术得到了 |I I 异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技!I I 术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目II I 前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有四种基本类型：II I I 光固化成型法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和熔融沉积制造法。1I I I 4. 1光固化成形|I I I I SLA(Stereo lithography Apparatus)工艺也称光造型、立体光
5、刻及立体印!I I I 刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟II I 踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后!I I 升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层II 的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完II I 毕，得到1个三维实体模型。该工艺的特点是：原型件精度高，零件强度和i I I 硬度好，可制出形状特别复杂的空心零件，生产的模型柔性化好，可随意拆I|装，是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑，树脂收缩会导致精度下降，II:另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等。I
6、I4. 2分层实体制造IIIII LOM(Laminated Object Manufacturing) 工艺或称为叠层实体制造，其工艺III原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维I|实体。其工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用CO,激光在计算机控制下IIi切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一II层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在II已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部II分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，II!效率高。缺点是前、后处理费时费力
7、，且不能制造中空结构件。III4. 3选择性激光烧结I II SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常采用的材料有金属、陶瓷、ABSII塑料等材料的粉末作为成形材料。其工艺过程是：先在工作台上铺上一层粉II II末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结，II仍为粉末材料)，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成I II后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后，II去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。该工艺的特点是材料适应面广，不III仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高，II原
8、型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。I I14. 4熔融沉积成形I I II! FDM(Fused Deposition Manufacturing) X艺又称为熔丝沉积制造，其工艺 过程是以热塑性成形材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体， I I I 由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料!I丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，II I 形成一层材料。之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的!I I I 建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使II 用、维护简单，成本较低，速度快，一般复杂程度原型仅需要几个小时即可I I I I 成型，且无污染。II 除了上述4种最为熟悉的技术外，还有许多技术也已经实用化，如三维打| I I 印技术、光屏蔽工艺、直接壳法、直接烧结技术、全息干涉制造等。1
