快速成形技术及其工艺分析

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1、快速成形技术及其工艺分析

2、第11　快速成形技术的基本原理　　在需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本发展的今天，面对日趋激烈的市场竞争，制造业的经营战略已从过去的“规模效益第一”、“价格竞争第一”转变为“市场响应速度第一”，时间因素被提到了首要地位。快速成形技术(RP)正是在这种需求下迅速发展起来的一种全新的制造技术。它将传统的“去除”加工法(由毛坯切去多余材料形成零件)改为“堆积”加工法(将材料逐层堆积形成零件)，从而改变了人们的制造观念，引起了制造业界和学术界的极大关注。　　快速成形技术将CAD、CAM、计算机辅助控制(C)、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成于一体，依据计

3、算机构成的产品三维设计模型，对其进行STL转换后分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地固化一层层的液态树脂(或切割一层层纸、烧结一层层塑料或喷头选择性地向材料喷射粘结剂等)，形成各截面的轮廓并逐步堆积成三维产品，然后对完成的三维产品进行必要的后处理，如深度固化、修磨、着色，使之达到原型或零件的要求(如图1)。图1　快速成形基本原理2　基于快速成形技术的产品开发　　基于RP技术的产品开发模式如图2所示。图2　基于RP技术的产品开发过程　　并行工程是21世纪开发新产品的主流方式，而RP是并行工程中进行复杂原型和模具制作的有效手段，具体体现在：　　(1)用于制造产品

4、的模型和模具：用RP制作的原型可以用于设计评审，以验证概念设计。同时，以RP原型为起点来制造模具，时间将大大缩短。传统制造方法如硅胶模、金属冷喷涂精密铸造、电铸和离心铸造等方法可用来和快速成形技术相结合生产模具，人而节省昂贵的模具制造、修改费用。　　(2)检查设计质量：用RP制作的原型可以尽快地发现设计图纸上难以发现的细微问题和错误。　　(3)功能检测：用RP制作的原型可以进行功能检测，从而优化设计。　　(4)装配试验：用RP制作的原型可以用来模拟装配，观察零件间的装配关系。　　(5)非功能性样品的制作：用RP制作的原型经过适当的表面处理如表面喷涂后看起来与真实产品一模一样。因此

5、它可作为非功能性样品，用于摄制产品照片以及产品的外观和适合性检查，迅速取得用户对设计的反馈信息，减少设计的修改次数。3　快速成形技术的特点　　(1)成形速度快：从CAD设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，成形速度比传统的成形方法快得多，快速成形技术尤其适合于新产品的开发与管理。　　(2)设计制造一体化：落后的CAPP一直是实现设计制造一体化的较难克服的一个障碍，而对于快快速成形来说，由于采用了离散堆积的加工工艺，CAPP已不再是难点，CAD和CAM能够很好地结合。　　(3)自由成形制造：自由的含义有两个：一是指可以根据零件的形状，无需专用工具的限制而自由地成形，可以

6、大大缩短新产品的试制时间；二是指不受零件形状复杂程度限制。　　(4)高度柔性：仅需改变CAD模型，重新调整和设置参数即可生产出不同形状的零件模型。　　(5)材料的广泛性：快速成形技术可以制造树脂类、塑料原型，还可以制造出纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷的原型。　　(6)技术的高度集成：RP技术是计算机、数据、激光、材料和机械的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光器件和控制技术高度发展的今天才可能诞生快速成形技术，因此快速成形技术带有鲜明的时代特征。　　(7)零件的复杂程度和生产批量与制造成本基本无关。