|
快速原型零件制造技術(shù)
（作者未知） 2009/10/6
1．快速原型/零件制造技術(shù)的原理
快速原型/零件制造技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實體的技術(shù)總稱。它的特征是：
1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實體。
2）CAD模型直接驅(qū)動。
3）成形設(shè)備無需專用夾具或工具。
4）成形過程中無人干預(yù)或較少干預(yù)。
快速原型技術(shù)采用離散/堆積成型的原理，其過程是：先由三維CAD軟件設(shè)計出所需要零件的計算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型（亦稱電子模型），然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，把原來的三維電子模型變成二維平面信息（截面信息），即離散的過程；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼，在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個薄層并使它們自動粘接而成形，這就是材料堆積的過程。
隨著RPM技術(shù)的發(fā)展和人們對該項技術(shù)認(rèn)識的深入，它的內(nèi)涵也在逐步擴(kuò)大。目前快速原型技術(shù)包括一切由CAD直接驅(qū)動的成形過程，而主要的技術(shù)特征即是成形的快捷性。對于材料的轉(zhuǎn)移形式可以是自由添加、去除、以及添加和去除結(jié)合等形式。
2．RPM技術(shù)的主要方法
RPM技術(shù)的具體工藝不下30余種，根據(jù)采用材料及對材料處理方式的區(qū)別，可歸納為5類方法。
1. 選擇性液體固化
選擇性液體固化的原理是：將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表面，令其有規(guī)律地固化，由點到線到面，完成一個層面的建造，而后升降移動一個層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個層面，由此層層迭加成為一個三維實體。該方法的典型實現(xiàn)工藝有立體光刻（SL，Stereolithography）如圖1所示，實體磨固化（DGC，Solid Ground Curing），激光光刻（LS，Light Sculpting）,總的來說，都以選擇性固化液體樹脂為特征。
2. 選擇性層片粘接
選擇性層片粘接采用激光或刀具對箔材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過升降平臺的移動和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘接在一起，這樣層層迭加后得到下一個塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除，就獲得所需的三維實體。層片添加的典型工藝是分層實體制造（Laminated Object Manufacturing——LOM）。這里所說的箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙），涂覆陶瓷箔、金屬箔或其他材質(zhì)基的箔材。
3. 選擇性粉末熔結(jié)/粘接
選擇性粉末熔結(jié)/粘接是：對于由粉末鋪成的有好密實度和平整度的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘接，形成一個層面，鋪粉壓實，再熔結(jié)或粘接成另一個層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個三維實體。所謂直接熔結(jié)是將粉末直接熔化而連接；間接熔結(jié)是指僅熔化粉末表面的粘結(jié)涂層，以達(dá)到互相粘結(jié)的目的。粘接則是指將粉末采用粘接劑粘接。其典型工藝有選擇性激光燒結(jié)（SLS，Selective Laser Sintering）如圖3所示和三維印刷（3DP，3D Printing）等。無木模鑄型（PCM，Patternless Casting Mold）工藝也屬于這類方法。這里的粉末材料主要有蠟、聚碳酸脂、水洗砂等非金屬粉以及金屬粉如鐵，鈷，鉻以及它們的合金。
4. 擠壓成形
擠壓成形是指將熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個層面，然后將第二個層面用同樣的方法建造出來，并與前一個層面熔結(jié)在一起，如些層層堆積而獲得一個三維實體。采用熔融擠壓成形的典型工藝為熔融沉積成型（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling）。
5. 噴墨印刷
噴墨印刷Ink-Jet Printing是指將固體材料熔融，采用噴墨打印原理（汽泡法和晶體振蕩法）將其有序地噴出，一個層面又一個層面地堆積建造而形成一個三維實體。
3．RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件
國外RPM技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在美國、歐洲和日本。從技術(shù)、材料、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施等方面比較來看，總的情況是美國領(lǐng)先于歐洲和日本，歐洲和日本平分秋色。
目前世界上已有200多家機(jī)構(gòu)開展了RPM的研究，能夠商品化生產(chǎn)RPM設(shè)備的主要有美國3D systems、Helisys、DTM Corp、日本C-MET、D-MEC、德國EOS、以色列Cubital，據(jù)統(tǒng)計到1988年全世界已有4300余臺RPM成形設(shè)備。
1. RPM工藝設(shè)備
目前RPM的工藝裝備發(fā)展速（未完，下一頁）
|