快速成形技术的原理_应用与发展.pdf

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1、栏目主持朱辉杰焦点Focus快速成形技术的原理应用与发展郑卫国颜永年一引言参数自动生成数控代码成形机制造一系列层片随着全球市场一体化的形成制造业的竞争愈并自动将它们连接起来得到三维物理实体加激烈产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾同时要满足日益变化的用户需求企业的制造技术要有较强的灵活性能够进行小批量甚至单件生产而不增加产品的成本因此产品开发的速度和制造技术的柔性变得十分关键快速原形制造技术就是在这样的社会背景下产生的八十年代后期快速成形RPRapidPrototyping技术在美国首先产生并商品化从那图1RP的离散/堆积成形原理时起R

2、P技术一直以离散堆积原理为基础和特征这样将一个物理实体的复杂的三维加工离散成简单的说就是将零件的电子模型如CAD模型一系列层片的加工大大降低了加工难度且成形进行离散成为可加工的离散面离散线和离散点过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂而后采用多种手段将这些离散的面线段和点堆程度无关积形成零件的形状由于工艺过程无需专用工具2主要的RP技术工艺规划步骤简单总的来说其制造速度比传统基于快速成形技术的基本原理快速成形技术方法快的多也有人因该技术高度的柔性而称之为按使用的成形材料工艺主要分为LOMFDM自由成形制造SLASLS和3DP等下面

3、对其中的几种技术分别RP技术涉及CAD技术数据处理技术数控加以简单介绍技术测试传感技术激光技术等多种机械电子技1熔融沉积制造FDMFusedDepositioin术同时涉及材料技术和计算机软件技术是各种Modeling高科技技术的有机综合与交叉应用因此各种相FDM基于熔融挤射原理如图2所示喷头将关技术的迅速发展是RP技术得以产生的重要技术熔融材料(蜡ABS塑料或尼龙等)挤出在特定环背景境和已成形件本体温度条件下冷却凝固并依靠挤RP技术具有很好的前景和应用价值世界上主出的熔融材料与本体材料之间的热传递和材料本身w要先进工业国家的政府部门企

4、业高等院校和研w时粘性结合起来加工完一层后移动工作台再w究机构纷纷投入巨资对RP技术进行开发和研究美.ic开始下一层的加工如此反复直至零件加工完毕ad国欧洲和日本都站在21世纪世界制造业全球竞争.co的战略高度来对待这一技术m.c二快速成形技术简介n快速原形制造RPMRapidPrototypingManufacturing技术是使用RP技术由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件图2FDM工艺原理图的技术的总称2立体光刻SLAStereolithography1RP技术的基本原理ApparatusNO快速成形技术基于离散

5、/堆积成形原理如图该方法基于液态光敏树脂的光固化原理如图3.1所示由CAD软件设计出所需零件的计算机三维所示紫外波长的激光束在偏转镜作用下于液面上按6.曲面或实体模型将三维模型沿一定方向通常为离散路径信息扫描光点经过的地方液体就固化20Z向离散成一系列有序的二维层片习惯称为分这样一次平面扫描便加工出一个与分层平面图形相01层根据每层轮廓信息进行工艺规划选择加工对应的层面(Layer)并与前面已固化部分自动结合3焦点Focus起来当一层加工完成后工作台下降一层厚度液三快速成形的关键技术体重新浸铺上来激光再次扫描加工下一层这样层快速成形是C

6、AD模型直接驱动的直接CAD制层加工直到整个过程结束得到三维实体模型造DCMDirectCADManufacturing实现了设计与制造的一体化计算机中的CAD模型通过接口软件直接驱动快速成形设备接口软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和成形过程的工艺规划成形设备则像打印机一样打印零件完成三维输出如图5所示由此可见CAD技术是RP技图3SLA工艺原理图术的重要关键技术之一3三维打印3DPThreeDimensionPrinting)3DP工艺是由美国麻省理工学院EmanualSachs等人研制的该技术已被美国的Soligen公司以DS

7、PC(DirectShellProductionCasting)名义商品化用以制造铸造用的陶瓷壳体和芯子3DP工图5CAD模型驱动的快速成形过程艺与SLS工艺类似采用粉末材料成形如陶瓷粉1计算机辅助设计(CAD)末金属粉末所不同的是材料粉末不是通过烧结CAD技术的发展是以它的硬件和软件技术的发展连接起来而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的为标志的从某种意义上讲RP技术是CAD硬件设备截面印刷在材料粉末上面如图4用粘接剂中输出外设的最新成员而与之相关的是CAD中以产粘接的零件强度较低还须后处理先烧掉粘接剂品模型几何模型发展为主线的软件技

8、术的发展然后在高温下渗入金属使零件致密化提高强度CAD技术中产品模型的发展过程经过二维模型三维线框模型曲线模型实体模型产品模型特征模型直至最新的生物模型从二维向三维从简单的几何元素直线圆弧向复杂的几何元素体