快速成型技术在飞机模型设计制造中的应用.pdf

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1、快速成型技术在飞机模型设计制造中的应用——如何在教学中引入高新设计制造技术卢耀晖，吴正洪，周继伟（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）关键词：现代设计制造技术快速成型本科教学毕业设计摘要：文章以本科毕业设计为例，着重论述了将现代设计与制造技术融入到本科毕业设计的重要性与可能性，提出了具体的解决办法，并在实践中取得了很好的效果。1．前言近年来，机械制造业得到了飞速发展，这对高校机械类课程的本科教学提出了重大挑战。众所周知，教学内容及方法应与相关技术及产业紧密联系，教学才可能拥有其生存和发展的空间，但是如何将

2、高新的设计制造技术融入到教学内容中却是各大高校一直在思索的问题。要实现两者的完好结合主要有以下几大困难：（1）新技术一般建立在多方面知识的基础上，而本科生专业基础不扎实，知识面也较窄；（2）新技术所采用的机床往往价格昂贵，本科生实践知识缺乏，没有机床操作经验，容易出现故障；（3）新技术及相关设备更多的被用于科研开发或对外生产，以获得更好的经济效益，对学生、特别生本科生开放极少。我校是一所以教学科研为主的军事院校，工科类本科毕业生分配到国防战线的重要岗位，因此将最新的科研成果融入到本科教学当中具有十分重要的意义。为此，我们机械

3、工程教学组在长期的教学工作中不断摸索，在实践中取得了较好的效果。下面以我校机电类本科毕业设计“现代加工技术在军事装备研制中的运用”为例，谈一谈我们的方法与体会。2．快速成型简介2．1快速成型技术概述快速成型（RapidPrototypingTechnology）是最近二十年发展起来的应用于制造业的高新技术。该技术将计算机辅助设计(CAD)、数控技术(CNC)、激光技术和先进材料技术集成于一体；依据由CAD构造的产品三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓；按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸(或固化一层层的液态树

4、脂，或烧结一层层的粉末材料)，或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料，形成各截面并逐步叠加成三维产品。它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维叠加的组合，与传统的去除成形形成鲜明的对照。根据成形工艺的不同，快速成形有如下工艺方法：立体印刷(StereoLithographyApparatus——SLA)、分层实体制造（LaminatedObjectManufacturing—LOM）、熔化沉积成形(FusedDepositionModeling——FDM)、选择性激光烧结(SelectedLaserSintering—S

5、LS)、三维打印(Three—DimensionalPrinting——3D—P)、固基光敏液相法(SolidGroundCuring——SGC)、热塑性材料选择性喷洒。2．2快速成型技术的优点作为一种新型的加工方法，快速成型有以下的优点：（1）快速成形采用离散／堆积成形的原理，自动完成从数字模型(CAD模型)到物理模型(原型和零件)的转换。它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠合，所以可针对任意复杂形状的零件进行加工。（2）快速成形具有高度的柔性，无需任何专用工模具即可完成复杂的制造过程，快速制1造各种工模具、原

6、型或零件。（3）快速成形实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标，即材料提取(气、液、固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化。（4）通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几小时到几十小时制造一个零件，具有突出的快速制造的优点。（5）与反求工程(ReverseEngineering——RE)相结合，成为快速开发新产品的有力工具。3．3在本次本科毕业设计中所采用的快速成型系统在本次毕业设计中，采用的是熔融挤压成型MEM(MeltdownExtrusionModel),类

7、似于前面介绍的熔化沉积成形FDM。熔融挤压成型采用一个加热器将热塑性材料加热成液态，并根据片层参数控制加热喷头沿模型断面层扫描，同时挤压并控制液体流量，使粘稠的液体均匀地铺在断面层上。考虑到制造精度的要求，应控制吐丝直径非常细小，从而提高固化速度，不会发生流淌。这样逐层叠加，最终形成零件的整体。机床的部分结构如下图1所示。图1喷头、丝材与步进电机与其他的快速成型技术相比，MEM工艺有着非常明显的优势：（1）系统及其运行成本低。它无需其它快速成型系统中昂贵的激光器；而且成型材料ABS相对其它系统也较便宜；MEM特有的空隙结构，

8、节约材料与成型时间。（2）原型后处理简单、方便。（3）工艺范围较广，特别适用于壳体零件，原型强度较好，近似于实际零件。系统的主要参数如下表1所示：表1快速成型系统的主要技术参数系统配置主机操作系统Windows98xp工艺MEM——熔融挤压成型材料ABS扫描速度0～80mm/s成型空间3