大型熔融挤压成形设备的研究与开发.pdf

《大型熔融挤压成形设备的研究与开发.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、《电加工与模具》2004年第4期设计·研究大型熔融挤压成形设备的研究与开发张磊吴任东颜永年（清华大学机械工程系，北京100084）摘要：大型化及小型桌面化是快速成形设备发展的两个重要趋势。控制设备成本、提高造型效率及成形精度是大型快速成形设备需要解决的关键问题。分析了研制大型熔融挤压成形设备需要解决的关键问题，并提出了相应的解决方案。在此基础上，进行了高速、低成本大型熔融挤压快速成形设备的研究与开发。工艺试验证明，该设备综合性能优良、工作可靠。关键词：熔融挤压成形；大型；快速制造；成形效率小型桌面化和大型生产型是快速成形（RP）设

2、备的两个重要发展方向。小型桌面化的设备主要用于概念原型的制造，要求设备体积小、噪音低、适合于办公环境；而大型化生产型设备主要用于功能零件的生产，追求功能和效率的统一。研制大型化生产型的RP设备，也是RP向RM（RapidManufactur-ing）发展过程中的必然要求之一。清华大学激光快速成形中心于2000年开始进行生产型的RP设备研究工作，目前已经研制成功基于熔融挤压工艺的大型成形设备MEMG00-I，其综合性能与国外同类设备相当，在成形效率上要高于国外同类设备。图1熔融挤压成形原理图1MEM工艺简介（1）材料性能。材料问题是

3、RP技术的核心问熔融挤压制造（MeltedExtrusionManufactur-题之一。目前，MEM工艺使用的材料以各种工程ing，简称MEM）是一种利用喷头挤压熔融材料进行塑料为主，正在开发的新型材料有PC／ABS及PC堆积成形的快速原型制造工艺，其工艺原理如图1基合金。与现有的ABS材料相比，PC基材料具有所示。MEM工艺使用热能作为使能技术，无需激更高强度，但软化温度也大大高于ABS。因此需要光器，因此设备造价较低，维护方便。可对诸如改进喷头设计，以适应新型材料的挤出。材料成形ABS、PC及蜡等热塑性材料进行成形，成形材料

4、广温度提高，成形时成形室温度也相应提高，成形室也泛，成形零件综合性能优良，是快速成形诸工艺中最需有足够的加热和保温能力。具发展潜力的工艺之一。（2）成形效率。提高成形效率一直是RP技术研究的热点之一，其主要途径有提高扫描速度、加大2大型MEM快速成形设备关键技术分析层厚和采用多喷头技术等。大型成形设备定位于功能零件的制造，其主要高扫描速度是实现高材料累积速度的前提之目的是能制造出具有优良综合性能的零件。因此，一。但是提高扫描速度将增大扫描机构的负担，降对设备的可靠性、成形精度、可成形材料的范围及低设备可靠性。同时高速扫描容易引起震

5、动，从而成形效率等方面都有特殊要求。影响成形质量。特别是在喷头进行小折线段扫描时，由于喷头加减速频繁导致设备震动严重。另一基金项目：国家自然科学基金资助项目（5010500G）方面，提高扫描速度，必须改进喷头设计，使其能够收稿日期：2004-03-01第一作者简介：张磊，男，1977年生，博士研究生。适应高速扫描所要求的高出丝速度。—48—设计·研究《电加工与模具》2004年第4期提高成形速度的另一个途径是加大层厚。但是3大型MEM快速成形设备的研制采用大的层厚将增大零件表面的梯形误差，降低表清华大学激光快速成形中心自20世纪90

6、年代面质量。自适应分层技术可以较好地解决成形效率初开始从事RP技术研究以来，在工艺及设备开发与成形质量之间的矛盾。自适应分层要求成形设备方面积累了丰富的经验。考虑到现有基础及将来的对材料的沉积具有良好的控制能力，可迅速、方便地发展趋势，对MEM600-I提出了如下设计指标：整改变沉积单元的厚度、宽度。体性能与国外同类产品（美国StrataSyS公司的采用多喷头技术是提高成形速度的重要途径之FDM8000）相当，在成形速度及最大扫描速度上要一。多个喷头同时进行造型可使成形速度提高数有所领先。其设计指标以及美国同类设备的性能指倍。但对

7、于MEM工艺而言，由于喷头体积较大，无标如表1所示。法像3DP那样实现喷头的阵列式组装。因此要想表1MEM600-I以及美国同类设备性能参数实现多个喷头同时造型，需要为每个喷头提供独立成形空间／最大扫描成形精度／分层厚度／设备型号成形材料的!、"扫描系统。同时需要通过复杂的路径规划mm3速度／（mm／S）（mm／100mm）mm以避免喷头在有限的成形空间发生相互干涉。这会MEM600-!500>500>6001800.125"0.1300.130"0.350PC，ABS大大地提高机械系统及控制系统的复杂程度，同时FDM800045

8、7>457>609约800.127-ABSFDMaxum600>500>600约1600.1270.127"0.250ABS（White）大大提高了设备成本。目前只有美国StrataSyS公司的Guantum及其改进机型FDMMaxum采用平MEM