快速成形技术

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1、快速成形技术现代成形理论是研究所有产品制造的成形方式，即研究将成形材料有序地组织成具有确定外形和特定功能的三维实体的科学，建立起产品制造的理论模型。根据工艺可以将产品成形的过程分为如下四种：1.受迫成形成形材料受到压力的作用而成形的方法，如金属材料成形的冷冲压成形、锻压成形、挤压成形以及铸造成形等。2.去除成形这是人类从制作工具到现代化生产一直沿用的主要成形方法，如刀具切削加工、磨削加工、电火花加工等。3.离散/堆积成形与传统制造不同，离散/堆积成形从零件的CAD实体模型出发，通过软件分层离散和数控成形系统，用层层加工的方法将成形材料堆

2、积而形成实体零件。4.生长成形生长成形或称仿生成形是指模仿自然界中生物生长方式而成形的方法。快速成形技术是基于离散/堆积思想和数字化的新型成形技术，它突破了传统的加工方式，不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破。快速成形技术是当前世界上先进的产品开发与快速工具制造技术，对制造企业的模型、原型及成型件的制造方式正产生深远的影响。1.1快速成形技术1.1.1快速成形技术原理快速成形（RP，RapidPrototyping）技术又称快速原型制造，诞生于20世纪80年代后期，至今已有20多年

3、的历史，是基于材料堆积法的新型制造技术。快速制造技术集机械工程、计算机辅助制造（CAD）、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学等于一身，可以自动、直接、快速、精确地将计算机上设计的模型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、新设计思想的校验等方面提供一种高效低成本的实现方法。TerryWohlers和美国制造工程师协会（SME）对RP技术进行了定义[]：RP系统依据三维CAD模型数据、CT（计算机断层扫描，computertomography）和MRI(核磁共振成像，magneticresonanceima

4、ging)扫描数据和由三维实物数字化系统创建的数据，把所得数据分成一系列二维平面，又按相同序列沉积或固化出物理实体。颜永年等对RP的描述为[]：RP技术是基于离散/堆积成形原理的新型数字化成形技术，是在计算机的控制下，根据零件的CAD模型，通过材料的精确堆积，制造原型或零件的。分别从广义和狭义两个角度作如下分析：①针对工程领域而言，其广义上的定义为：通过概念性的具备基本功能的模型快速表达出设计者意图的工程用方法。②针对制造技术而言，其狭义上的定义为：一种根据CAD信息数据把成形材料层层叠加而制造零件的工艺过程。总而言之，快速成形技术就是

5、利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层一层的材料堆积成实体原型。1.1.2快速成形技术基本特征快速成形技术与传统的加工方法相比较，具有以下的优越性。1）可以制成几何形状任意复杂的零件，而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。2）曲面制造过程中，CAD数据的转化（分层）可百分之百地全自动完成，而不像数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。3）不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成，因而大大缩短了新产品的开发成本和周期，其加工效率亦远胜于数控加

6、工。4）用快速成形方法制造原型的材料广泛，金属和非金属材料均可用于制造。5）快速制造出来的原型复制性和互换性高。6）快速制造是高度技术集成，可实现设计和制造一体化。1.1.3快速成形技术的典型工艺方法1）光固化成形光固化成形（StereoLithographyApparatus，SLA）工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷。1987年，由美国3DSystems公司退出了名为StereoLithographyApparatus(SLA或SL)的快速成形装置，其工艺过程液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层片状截面轨迹，并照射到

7、液槽的液态树脂，而使这一层的液态树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又铺满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复知道整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。目前，SL中的光源不再是单一的激光器，还有其他新的光源，如紫外灯等[]，但是各种SL使用的成形材料均是对某特种光束敏感的树脂，因而，称SL工艺为光固化成形。光固化成形加工方式分为自由液面式和约束液面式。自由液面式SL的成形过程是：液槽中盛满液态光固化树脂（即光敏树脂），一定波长的激光光束按计算机的控制指令在液面上有选择地逐点扫描固化（或

8、整层固化），每层扫描固化后的树脂便形成一个二维图形；一层扫描结束后，升降台下降一层厚度，然后进行第二层扫描，同时新固化的一层牢固地粘在迁移层上；如此重复直至整个成形过程结束[]。如图所示。光固化成形过程约束