快速原型制造.doc

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1、快速原型制造快速原型制造（RapidPrototypeManufacturing,简称RPM）是-一种利用光、电、热等于•段，通过固化、烧结、粘结、熔结、聚合作用或化学作用等方式，有选择地固化（或粘结）液体（或固体）材料，实现材料的迁移和堆积，形成所需要的原型零件的新型制造方法。RPM技术可直接从计算机模型产生出三维物体。它综合了CAD技术、数控技术、机械工程、激光技术及材料科学等多学科技术。9.1.1快速原型制造的基本原理快速原型制造是从零件的CAD几何模型岀发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将成型材

2、料堆积而形成实体零件。其基本过程是首先将零件的三维实体沿Z轴进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，再按特定的成型方法每次只加工一-个截面，然后自动叠加一层成型材料，这一-过程反复进行直到所有的截面加工完毕，生成三维实体原型。具体过程有：三维模型构造、三维模型的近似处理、三维模型的切片处理、分层构造模型成品和成型零件的后处理，如图9・1所示。图9-1快速原型制造过程图9.1.2.快速原型制造的主要工艺方法1.立体光固化（SLA）SLA使用液态光敏树脂作为成型材料，液槽中盛满液态光固化树脂，工作台在液面下,计算机控制

3、紫外激光束聚集后的光点按冬件的各分层截面信息在树脂表面进行逐步扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而硬化，形成零件的一个薄层。头一层固化完后，工作台下移一个层厚的距离，再在原先固化好的树脂表面敕上一层新的液态树脂，再进行打描加工，新生成的固化层牢固地粘结在前一层上。当一层打描完成后，被照射的地方就固化,未被照射的地方仍然是液态树脂。如此重复直到報个三维零件制作完成，如图9-2所示SLA的主要特点：（1）质量高：制造精度高（±0.1mm）、表面质量好。（2）材料利用率高：在液槽中成型，被紫外激光束照射的地方固化，未被照

4、射的地方仍然是液态树脂，原材料利用率接近100%。（3）造形能力强：能制造形状特别复杂及特别精细的冬件，尤其适合売体形零件制造。（4）材料需改进：使用成型材料较脆（特别是加工零件吋必须制作支撐）、材料固化中伴随一定的收缩（其至可能导致零件变形），并有一定的毒性，不符合发展绿色制造的要求。SLA主要用于产品外型评估、功能试验及各种经济模具的制造。图9・2立体光固化法I一激光束；2—扫描镜；3-z轴升降;4一树脂槽：5—托盘；6—光敏树脂：7一零件原型图9・3熔融沉积法I—丝材；2—加热头；3—零件:4—X/Y驱动；5—Z向进

5、给2.熔融沉积法（FDM）FDM是将铸造石蜡、尼龙、热蜩•材料和ABS等材料在通过喷头时熔融，喷出后材料在X—Y工作台的带动下，按截面形状铺在底版上，迅速硬化，经逐层加工，最后制作出所需零件，如图9・3所示。FDM的主要特点：（1）强度高：成形零件的机械性能好、强度高。（2）成本低：成形材料的來源广、成本低、无异味，使用完可以冋收。（3）加工效率高：连续喷丝，为提高加工效率，可采用多个喷头同吋工作。（4）精度低：其成型精度収决于丝的粗细，精度不高，不适合制作复杂精细结构的零件。3・选择性激光烧结法（SLS）SLS采用CO?

6、激光器作为能源，成形材料常选用粉末材料（如蜡粉、塑料粉、金属粉和陶瓷粉等）。先将粉末材料预热到稍低于其熔点的温度，再在刮平規子的作用下将粉末铺平，C02激光器在计算机控制下按分层截而信息有选择地烧结，上一•层完成后再作下一层烧结，直到幣个零件成形完毕，最后去掉多余粉末材料，如图9-4所示。SLS的主要特点：（1）强度高：不需要制作支撑，成形零件的机械性能好，强度高。（2）质量差：粉末较松散，烧结后精度不高，Z轴精度难以控制。图9-5分层实体制造法I—收料轴；2—升降台；3—加工平面4—CO2激光器；5—热压轴；6—控制系统

7、:7—料带；8—供料轴图94激光选区烧结法1—扫描镜：2—透镜；3—激光器；4—刮平辗子；5—升降台；6—铺粉装置；7—零件；8—激光朿4.分层实体制造（LOM）该技术以单而涂有热溶胶的纸片通过加热辘加热黏结在一起，位于设备上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下而己切割层黏合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割一一黏合一一切割……直至整个零件模型制作完成。近几年又发明了一些新型材料用于LOM制造,如:蜩料、防水纸及陶瓷等。如图9-5所示

8、。5・三维印刷（3DP）与选择性激光烧结工艺相似，三维印刷采用粉末材料（如陶瓷粉末、金属粉末）成型。不同的是，材料粉末不是通过烧结连接起來，而是通过喷头用粘结剂（如胶硅）将零件界面“印刷”在材料粉末上。山于用粘结剂粘结的零件强度较低，因而还需要作后续处理，如烧掉粘结剂，再在高温下渗入金属，使零件致密性提