快速原型的叠层实体制造技术

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1、2001年2月山东工业大学学报Vol.31No.1第31卷第1期JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYFeb.2001快速原型的叠层实体制造技术*王广春王晓艳赵国群(山东大学材料科学与工程学院，济南250061)摘要在各种快速成形技术中，叠层实体制造技术由于使用的材料成本低、制作出来的原型质量好、速度快、精度高，具有很强的市场竞争力和推广价值，因而受到高度重视.在简耍介绍叠层实体制造技术基本原理的基础上.重点介绍该技术在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、精密铸造、直接制模、

2、间接制模等方面的应用.从STL文件的生成、设备工艺参数的设定、基底和原型制作、余料去除、后置处理几方面给出了叠层实体制造技术的工艺过程.并以发动机缸盖为例介绍了快速原型的整个制作过程.关键词制造；工艺；汽缸盖/叠层实体制造技术中图分类号TG316.180引言20世纪80年代末，快速原型制造技术(RapidPrototyping&Manufacturing)是在美国首先出现的，其在新产品开发过程中显著的经济效益和时间效益而受到了高度重视・该项技术是利用产品的CAD模型直接驱动专用设备进行原型的快速制造，专用设备相当于一台三维

3、打印机，能够迅速地将计算机辅助设计的样品造型逐层累积地“打印”出来.目前快速忘型制造技术在机械、电器、医疗、玩具、制鞋、化工等领域已经得到了迅速应用.依据原型建造技术及原型材料的不同，快速原型制造技术主耍有光I古I化成型技术、叠层_实体制造技术(LaminatedObjectManufacturingTechnology,简称LOM)、熔融沉积制造技术和选择性激光烧结技术等[1]・由于叠层实体制造技术多使用纸材，成木低廉，速度快，精度高，而且制造出来的木质原型具有外在的美感性和一些特殊的用途，因此，较其他几种快速原型制造方

4、法受到了更为广泛的关注.叠层实体制造技术的基本原理简单[2],制造过程涉及到计算机造型、激光应用、精密机械转动、控制和材料学技术等领域.因此，加强叠层实体制造技术工艺因素和过程控制以及拓展叠层实体制造技术快速原型应用领域的研究对推动该技术的发展是十分重要的.收稿日期：2000年6月29日*教育部资助优秀年轻教师基金和教育部青年教师骨干基金资助课题.作者简介王广春，男，博士，副教授，1966年生，主要研究方向：金属塑性加工数值模拟、摆动辗压特种成形、快速成型与快速模具制造技术，发表论文50多篇.王晓艳，女，硕士研究牛，197

5、6年11月牛，发表论左2篇.赵国群，切教授，博导,1962年生，发表论文近100篇.60山东工业大学学报2001年1叠层实体制造技术的应用快速原型制造技术仅有十儿年的发展历史，早期的研究主要集中于开发快速原型的构造方法及其商品化设备上，随着快速原型制造设备的日趋完善和市场的强烈需求,近期研究的热点便转向开发快速原型的应用领域和完善制作工艺、提高原型制作质量•受到高度重视的叠层实体制造技术的应用领域也正在不断扩展，概括起来主要有以下几个方面：1.1产品概念设计可视化和造型设计评估产品开发与创新是把握企业生存命脉的重耍经营环节

6、，过去所延用的产品开发模式是指产品开发T生产-市场开拓三者逐一开展，主要问题是将设计缺陷官接带入生产，并最终必响到拄品的市场推广及销售，叠层实体制造技术可以解决这一问题.也就是将产品概念设计话化为实体，为设计开发提供了充分的感性参考.大体说来，可以发挥以下作用：有为产品外形的调整和检验产品各项性能指标是否达到预想效果提供依据；錦检验产品结构的合理性，提高新产品开发的可靠性；凍用样品面对市场，调整开发思路，保证产品适销对路，使产品开发和市场开发同步进行，缩短新产品投放市场的吋间.1.2产品装配检验当产品各部件之间有装配关系时

7、，就需耍进行装配检验，而图纸上所反映的装配关系不直接，很难把握.LOM技术可以将图纸变为实体，其装配关系显而易见.1.3熔模铸造型芯LOM实体在精密铸造中用作可废弃的模型，也就是说可以作为熔模铸造的型芯.由于在燃烧时LOM实体不膨胀，也不会破坏壳体，所以在传统的壳体铸造屮，可以采用此种技术.1.4砂型铸造木模传统砂型铸造中的木模主要是由木工手工制作的，其精度不高，而且对于形状复杂的薄壁件根本无法实现,LOM技术则可以很轻松地制作任何复杂的实体形状，而且完全可以达到高精度要求・1.5快速制模的母模LOM技术可以为快速翻制模具

8、提供母模原型.已开发出多种多样的快速模具制造工艺方法.按模具材料和生产成本可分为软质模具（或简易模具）和钢质模具两大类，其中软丿翕诫具主要用于小批量零件或者用于产品的试生产・此类模具，一般先用LOM等技术制作零件原型，然后根据原型翻制成硅橡胶模、金屈树脂模和石膏模等，然后再利用上述的软质模具制作产品.1