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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 快速成形技术在铸造生产中的应用1 快速成形技术20 世纪 80 岁月后期进展起来的快速成形Rapid Prototyping,简称 RP技术,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,其对制造业的影响可与数控技术的显现相媲美；快速成形技术是一种基于离散积累成形思想的新型成形技术,是集运算机、数控、激光 和新材料等最新技术而进展起来的先进的产品讨论与开发技术；2 快速成形技术原理 快速成形技术是先进制造技术的重要分支,它不仅表达在制造思想和实现方法上有了突 破,更重要的是在制作零件的质量、性能、大小和制作速度等方面,也取得了很大的进 展；它是建立
2、在 CAD/CAM 技术、激光技术、数控技术和材料科学的基础上,基于离散 / 积累成形原理的成形方法；其基本原理是：任何三维零件都可看成是很多二维平面沿某一坐标方向叠加而成,因此可先将CAD 系统内三维实体模型离散成一系列平面几何信息,采纳粘接、熔结、聚合作用或化学反应等手段,逐层有挑选地固化液体（或粘接固 体）材料,从而快速积累制作出所要求外形的零部件（或模样）；制造方式是不断地把材 料依据需要添加在未完成的工件上,直至零件制作完毕；即所谓“ 使材料生长而不是去 掉材料的制造过程” ,其实现的流程如图 1 所示；图 1 RP 的离散 / 积累成形流程名师归纳总结 - - - - - - -第
3、 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 典型的快速成形技术快速成形技术按原型的成形方式分为：立体印刷（SLA）、挑选性激光烧结（ SLS）、叠层实体制造（ LOM ）、融积成形（ FDM ）、三维印刷（ 3DP）等；1 立体印刷（ SLA ）立体印刷（ Stereo Lithography Apparatus,简称 SLA）又称之为激 光立体造型或激光立体光刻；是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的,这种液态材料 在肯定波长和强度的紫外光的照耀下能快速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也 就从液态转变成固态； SLA 工作原理图如图 2 所示；第一由 CAD
4、系统对预备制造的零件进行三维实体造型设计,再由特地的运算机切片软件 将三维 CAD 模型切割成如干薄层平面图形数据；图 2 所示的容器中,盛有在紫外光照耀下可固化的液态树脂,如环氧树脂、乙烯酸树脂 或丙烯酸树脂,不同树脂样件的机械特性不同；立体印刷开头时,升降台通常下降到距 液面不到 1mm（相当于 CAD 模型最下一层切片的厚度） 处；随后 x-y 激光扫描器依据第 一层（即最下一层）切片的平面几何信息对液面扫描,液面这一层被激光照耀到的那部分液态树脂由于光聚合作用而固化在升降台上；接着升降装置又带动升降台使其下降相 当于其次层切片厚度的高度, x-y 激光扫描器再依据其次层切片的平面几何信
5、息对液面扫 描,使新一层液态树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上,如此重复进行直至整个 三维零件制作完成；图 2 立体光刻装置示意图名师归纳总结 SLA 方法是目前快速成形技术领域中讨论得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法；第 2 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - SLA 工艺成形的零件精度较高,多年的讨论改进了截面扫描方式和树脂成形性能,使该工艺的加工精度能达到0.1mm；但这种方法也有自身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、有的光固化树脂有肯定的毒性等；2 挑选性激光烧结（ SLS）挑选性激光烧结（ Selective
6、Laser Sintering,简称 SLS是用二氧化碳类红外激光对已预热（或未预热）的金属粉末或者塑料粉末一层层地扫描加热,使其达到烧结温度,最终烧结出由金属或塑料制成的立体结构；挑选性激光烧结与立体印刷的生产过程相像,第一仍是由CAD/CAM 系统依据 CAD 模型各层切片的平面几何信息生成 x-y 激光束在各层粉末上的数控运动指令；制作过程如图 3 所示,随着工作台的分步下降,将粉末一层一层地撒在工作台上,再用平整滚将粉末滚平、压实,每层粉末的厚度均对应于CAD 模型的切片厚度；各层上经激光扫描加热的粉末被烧连到基体上,而未被激光扫描的粉末仍留在原处起支撑作用,直至烧结出整 个零件；SL
7、S 工艺的特点是材料适应面广,不仅能制造塑料零件,仍能制造陶瓷、石蜡等材料的零件,特殊是可以制造金属零件,这使 由于未烧结的粉末起到了支撑的作用；SLS 工艺颇具吸引力； SLS 工艺无需加支撑,图 3 挑选性激光烧结示意图3 叠层实体制造（ LOM ）叠层实体制造（ Laminated Object Manufacturing,简称 LOM ）又名分层（或层压）实体制造,它的生产程序与前述两种方法相近,其主要特点是依据名师归纳总结 CAD 模型各层切片的平面几何信息对箔材（通常为纸）进行分层实体切割；如图4 所示第 3 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - -
8、 - - - - 的装置由供料轴和收料轴不断传送箔材；工作时激光器发出的 CO2 激光束进行 x-y 切割 运动,将铺在升降台上的一层箔材切成最下一层切片的平面轮廓；随后升降台下降一层 高度,箔材供料轴和收料轴又传送新的一层箔材,铺上并用热压辊碾压使其坚固地粘在 已成型的箔材上,激光束再次进行切割运动切出其次层平面轮廓,如此重复直至整个三 维零件制作完成；LOM 工艺只须在箔材或者纸上切割出零件截面的轮廓,而不用扫描整个截面；因此成 形厚壁零件的速度较快,易于制造大型零件；工件外框与截面轮廓之间的余外材料在加工中起到了支撑作用,所以LOM 工艺无需加支撑；图 4 叠层实体制造示意图4 融积成形
9、（ FDM ）融积成形（ Fused Deposition Modeling,简称 FDM ）,其成形材料 可用铸造石蜡、尼龙（聚酯塑料） 、ABS 塑料及医用 MABS 塑料,可实现塑料零件无注塑成形制造；FDM 融积成形系统采纳专用喷头,成形材料以丝状供料,材料在喷头内被加热熔化,喷头直接由运算机掌握沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出沉积成实体零件的一超薄层,材料快速凝固,并与四周的材料凝聚；整个模样从基座开头,由名师归纳总结 下而上逐层积累生成,如图5 所示；第 4 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5 融积成形示意图FDM 工艺不用激光器件, 因此使用、 保护简洁, 成本较低, 无毒无味和运行稳固牢靠,适合办公室环境使用,符合环保要求；用石蜡成形的零件原型,可以直接用于熔模铸造；用 ABS 制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用；由于以 FDM 工艺为代表的熔融材料积累成形工艺具有一些显著优点,该类工艺进展特别迅速；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页