成型技术的总结

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1、现代成形技术第一章快速成形技术1．1成形方式分类快速成形技术是基于离散—堆积成形原理的成形方法。在研究离散—堆积成形原理前，有必要回顾一下成形原理和方法，根据现代成形学的观点，从物质的组织方式上，可把成形方式分为以下四类：(1)去除成形：去除成形是运用分离的方法，把一部分材料(裕量材料)有序地从基体上分离出去而成形的方法。传统的车、铣、刨、磨等加工方法均属于于去除成形，现代的电火花加工、激光切割、打孔等也是去除成形。去除成形最先实现了数字化控制，是目前主要的成形方式o(2)堆积成形；堆积成形是运用合并与连接的方法，把材料

2、(气、液、固相)有序地合并堆积起来的成形方法。RP即属于堆积成形。堆积成形是在计算机控制下完成的，其最大特点是不受成形零件复杂程度的限制。从广义讲，焊接也属堆积成形范畴。(3)受迫成形：受迫成形是利用材料的可成形性(如塑性等)在特定外围约束(边界约束或外力约束)下成形的方法。传统的锻压、铸造和粉末冶金等均属于受迫成形。目前受迫成形还未完全实现计算机控制，多用于毛坯成形、特种材料成形等。(4)生长成形：生长成形是利用材料的活性进行成形的方法，自然界中生物个体发育均同于生长成形，“克隆”技术是产生在人为系统中的生长成形方式。

3、随着活性材料、仿生学、生物化学、生命科学的发展，这种成形方式将会得到很大发展。1．2快速成形原理与过程快速成形技术是由CAD模型直接驱动，快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术。其核心是由CAD模型直接驱动，其基本过程如图1.1所示：首先由是由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型，即数字模型或称电子模型；然后根据工艺要求，按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层或切片），把三维电子模型变成一系列的二维层片；再根据每个层片的轮廓信息，进行工艺规划，选择合适

4、的加工参数自动生成数控代码；最后由成形机接受控制指令制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。这种将一个物理实体复杂的三维加工离散成一系列二维层片的加工，是一种降维制造的思想，大大降低了加工难度，并且成形过程的难度与待成形的物理实体的形状和结构的复杂程度无关。1．3快速成形的主要工艺方法1．3．1立体印刷(SLA)此工艺方法也称液态光敏树脂选择性固化。这是一种最早出现的RPT，它的原理如1—3所示。液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下快速固化。成形开始时，可升降工作台使其处于液面下一个层厚的地方

5、。聚焦后的紫外激光束在计算机的控制下按截面轮廓进行扫描，使扫描区域的液态树脂固化，形成该层面的固化层。然后工作台下降一层的高度，其上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层的扫描固化，与此同时新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直到整个产品完成。这种方法适合成形小件，能直接得到塑料产品，表面粗糙度质量较好，并且由于装外激光波长短(例如He—cd激光器，λ=325nm)，可以得到很小的聚焦光斑，从而得到较高的尺寸精度。缺点是：(1)需要设计支撑结构，才能确保在成形过程中制件的每一个结构部分都能可靠定位；(2)成形中有物相变化

6、，翘曲变形较大，也可以通过支撑结构加以改善；(3)原材料有污染，且使皮肤过敏。1．3．2分层实体制造(LOM)也称薄形材料选择性切割。它根据三维模型每一个截面的轮廓线．在计算机的控制下，用CO2激光束对薄形材料(如底面涂胶的纸)进行切割，逐步得到各层截面，并枯结在一起，形成三维产品，如图1—4所示。扫描器件有的采用直线单元，适合于大件的加工(如图l—4所示)，也可采用振镜扫描方式，如图l—3中序号2。这种方法适合成形大、中型零件．翘曲变形小，成形时间较短，但尺寸精度不高，材料浪费大，且清除废料困难。1．3．3选择性激光烧

7、结(SLS)粉末材料选择性激光烧结的原理如图1—5所示。使用CO2激光器侥结粉末材料，(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆腹陶瓷和金属粉等)。成形时先在工作台上铺上层粉末材料，激光束在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，对制件的实心部分所在的粉末进行烧结。一层完成后，工作台下降一个层厚，再进行后一层的铺粉烧结。如此循环，最终形成三维产品。这种方法适合成形中、小型零件，能直接制造蜡模或塑料、陶瓷和金属产品。制件的翘曲变形比SLA工艺小，但仍需对容易发生变形的地方设计支撑结构。这种工艺要对实心部分进行填充式扫描烧结，因此成

8、形时间较长。可烧结覆膜陶瓷粉和覆膜金属粉，得到成形件后，将制件置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物(如铜)。它的最大优点在于适用材料很广，几乎所有的粉末都可以使用，所以其应用范围也最广。1．3．4熔化沉积成形(FDM)熔化沉积成形也称丝状材料选择性熔覆，其原理如图1—6所示。三维喷头在计算机控制下，根