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快速成形技術(shù)--制造業(yè)的新興技術(shù)
（作者未知） 2009/10/6
【摘要】介紹了快速成形技術(shù)原理與特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用情況和該工藝的綜述及比較，以及進(jìn)一步研究、開發(fā)的方向。
關(guān)鍵詞：快速成形技術(shù)；三維模型；計(jì)算機(jī)控制
1、前 言
90年代開始，隨著冷戰(zhàn)時(shí)代的結(jié)束，市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者需求日趨主體化、個(gè)性化和多樣化；另一方面則是產(chǎn)品制造商們都著眼于全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。面對(duì)市場(chǎng)，產(chǎn)品制造商們不但要很快地設(shè)計(jì)出符合人們消費(fèi)需求的產(chǎn)品，而且必須很快地生產(chǎn)制造出來，搶占市場(chǎng)。因此，面對(duì)一個(gè)迅速變化且無法預(yù)料的買方市場(chǎng)，以往傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)就顯得越來越遲緩與被動(dòng)�？焖夙憫�(yīng)市場(chǎng)需求，已成為制造業(yè)發(fā)展的重要走向。為此，這些年來工業(yè)化國(guó)家一直在不遺余力地開發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)，以提高制造工業(yè)發(fā)展水平，以便在激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)化、新材料、和現(xiàn)代企業(yè)管理技術(shù)的發(fā)展日新月異，這些技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，給產(chǎn)品創(chuàng)意、研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工準(zhǔn)備、制造工藝、裝備、裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理和企業(yè)經(jīng)營(yíng)都有帶來了重大變革，產(chǎn)生了一批新的制造技術(shù)和制造模式，制造工程與科學(xué)取得了前所未有的成就。快速成形技術(shù)就是在這種背景下逐步形成并得以發(fā)展。快速成形技術(shù)的發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的周期大大縮短，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的一次成品率，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，從而給制造業(yè)帶來了根本性的變化。
2、技術(shù)原理及特點(diǎn)
快速成形技術(shù)(快速原型技術(shù)，RP技術(shù))是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)(SFF)、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技術(shù)以及它們的集成。通俗地說，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型�？焖俪尚渭夹g(shù)系統(tǒng)的工作流程，如圖1示。
快速成形系統(tǒng)工作流程
快速成形技術(shù)有以下特點(diǎn)：
(1) 制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；
(2) 原型的復(fù)制性、互換性高；
(3) 制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越；
(4) 加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；
(5) 高度技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化；
3、快速成形工藝
迄今為止，國(guó)外、國(guó)內(nèi)已開發(fā)成功了10多種成熟的快速成形工藝，其中比較常用的有以下幾種：
3.1 紙層疊法——薄形材料選擇性切割(LOM法)
計(jì)算機(jī)控制的CO2激光束按三維實(shí)體模型每個(gè)截面輪廓線對(duì)薄形材料(如底面涂膠的卷狀紙、或正在研制的金屬薄形材料等)進(jìn)行切割，逐步得到各個(gè)輪廓，并將其粘結(jié)形成快速原型。用此法可以制作鑄造母�；蛴糜凇笆Ъ埦荑T造”。
3.2 激光立體制模法——液態(tài)光敏樹脂選擇性固化(SLA法)
液槽盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在計(jì)算機(jī)控制的激光束(按照三維模型每個(gè)截面的輪廓線)照射下會(huì)很快固化形成一層輪廓，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至成形完畢，即形成快速原型。而新推出的光照成形機(jī)(如3D Systems公司出產(chǎn)的SLA-300 成形機(jī))采用了Zephyr再涂層技術(shù)，最上面待成形樹脂用真空吸附式刮板結(jié)構(gòu)涂布供給，不需要沉入液態(tài)樹脂中，提高了速度，在制作的原型中不再困有液態(tài)樹脂。用來制作消失模、在熔模精密鑄造中替代蠟?zāi)！?
3.3 燒結(jié)法——粉末材料選擇性激光燒結(jié)(SLS法)
粉末材料可以是塑料、蠟、陶瓷、金屬或它們復(fù)合物的粉體、覆膜砂等。粉末材料薄薄地鋪一層在工作臺(tái)上，按截面輪廓的信息，CO2激光束掃過之處，粉末燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，逐層掃描燒結(jié)最終形成快速原型。用此法可以直接制作精鑄蠟?zāi)�、�?shí)型鑄造用消失模、用陶瓷制作鑄造型殼和型芯、用覆膜砂制作鑄型[1]、以及鑄造用母模等。
此外還有粉末材料選擇性粘結(jié)法(TDP法)、直接殼型鑄造法(DSPC法)[2]以及實(shí)體生長(zhǎng)成形法(SGC法)[2]等方法。
上述快速成形的工藝方法都是基于計(jì)算機(jī)三維實(shí)體造型。在對(duì)三維模型進(jìn)行處理后，形成截面輪廓信息，隨后將各種材料按三維模型的截面輪廓信息進(jìn)行掃描，使材料粘結(jié)、固化、燒結(jié)，逐層堆積成為快速原型，這就是所謂的分層制造技術(shù)。幾種快速成形方法的特點(diǎn)及常用材料如表1示。
幾種快速成形方法的特點(diǎn)及常用材料
4、國(guó)內(nèi)外研究、應(yīng)用情況
1986年，Charles Hull開發(fā)了世界上第一套（未完，下一頁(yè)）
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