快速成型制造方法與應(yīng)用論文

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1、快速成型制造方法與應(yīng)用論文.freelatteo在他1976年的美國專利中,進(jìn)一步指出,先用輪廓跟蹤器將三維物體轉(zhuǎn)化成二維輪廓薄片,然后用激光器切割這些薄片,再用螺釘?shù)葘⒁幌盗斜∑B接成三維物體,這種設(shè)想與現(xiàn)在的“物體分層制造”原理極為相似。1.成形學(xué)基本概念1.1成形(Forming):將物質(zhì)有序地組織成具有確定外形和一定功能的三維實體。成形包括三個基本要素,即:(1)物質(zhì)的提取;(2)序的建立;(3)完成具有確定的形狀與功能的三維實體。1.2成形學(xué)(ShapingScience):是從方法論的高度,系統(tǒng)地研究

2、成形三要素以及它們之間的相互作用的科學(xué)。它在制造中的地位如下圖所示:成形學(xué)、成型工藝與成形工具關(guān)系圖2.成形方式2.1去除成形(DislodgeForming):運用分離的辦法,把一部分材料有序地從基體上分離出去而成形。2.2堆積成形(StackingForming):運用合并與連接的方法,把材料有序的合并堆積起來而成形。2.3受迫成形(ForcedForming):利用材料的可成形性在特定的外圍約束下而成形。2.4生長成形(Groing):利用材料的活性而成形,如生物個體的生長。目前,人為系統(tǒng)中還沒有此種成形方

3、法。3.幾種成形方法的比較3.1去除成形,加工精度高,但材料利用率低,受零件形狀復(fù)雜程度的限制。3.2受迫成形,多用于毛坯制造,也可直接用于零件成形(如精密鑄造、鍛造、注塑加工等),屬凈成形或近凈成形范疇。3.3堆積成形,材料利用率高,理論上可達(dá)100%。屬于凈成形工藝,精度較好,可達(dá)0.01毫米數(shù)量級。從理論上講,它可以制造任意復(fù)雜形狀的零件。傳統(tǒng)加工與快速成型比較快速成形技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料來得到工件。而采用全新的“增長”加工法——用一層層的小毛坯逐步疊加成大工

4、件,將復(fù)雜的三維加工分解成簡單的二維加工的組合,因此,它不必采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和模具,只需傳統(tǒng)加工方法的10%～30%的工時和20%～35%的成本,就能直接制造出產(chǎn)品樣品或模具。由于快速成形具有上述突出的優(yōu)勢,所以近年來發(fā)展迅速,已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中的一項支柱技術(shù),實現(xiàn)并行工程(ConcurrentEngineering,簡稱CE)必不可少的手段。4.RPM基本原理RPM技術(shù)是將現(xiàn)代多種先進(jìn)技術(shù)的綜合集成。基于離散/堆積成形原理,通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式,通過堆積將材料“疊加”起來形成三維實體。離散

5、/堆積的過程由三維CAD模型開始,先將CAD模型離散化,將某一方向(常取Z向)切成許多層面,即分層,屬信息處理過程。然后在分層信息控制下順序加工各片層,并層層結(jié)合,堆積出三維零件,它是CAD模型的物理體現(xiàn),為物理堆積過程,如下圖所示:RPM的離散/堆積成形流程圖快速成形的過程可歸納為以下三個步驟:(1)前處理。它包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和切片處理。(2)分層疊加成形。它是快速成形的核心,包括模型截面輪廓的制作與截面輪廓的疊合。(3)后處理。它包括工件的剝離、后固化、修補(bǔ)、打

6、磨、拋光和表面強(qiáng)化處理等。三維模型的構(gòu)造方法:首先應(yīng)在計算機(jī)上,用三維計算機(jī)輔助設(shè)計軟件,根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計三維模型;或?qū)⒁延挟a(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換成三維模型;或在仿制產(chǎn)品時,用掃描機(jī)對已有產(chǎn)品實體進(jìn)行掃描,得到三維模型。構(gòu)造三維模型的常用方法有:用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件構(gòu)造三維模型;在計算機(jī)或工作站上,用三維計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)軟件,根據(jù)產(chǎn)品的要求,可以設(shè)計其三維模型,或?qū)⒁延挟a(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換成三維模型;用激光掃描機(jī)、零件斷層掃描機(jī)、CT掃描機(jī)等構(gòu)造三維模型。5.RPM技術(shù)的發(fā)展概況RPM技術(shù)是當(dāng)今世界上飛速

7、發(fā)展的制造技術(shù)之一,自1986年在美國首次出現(xiàn)到目前為止一直處于繁榮階段,根據(jù)美國設(shè)備的平均年銷售量以58.7%的速度增長,RPM產(chǎn)值以53.6%的年平均速度增長。RPM技術(shù)受到如此青睞的主要原因是它可以快速將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的三維實體,低成本制作產(chǎn)品原型甚至零件,這大大滿足了當(dāng)今競爭日益激烈的市場對新產(chǎn)品快速開發(fā)的要求。隨著RPM技術(shù)的迅速發(fā)展,世界上研究RPM技術(shù)機(jī)構(gòu)的數(shù)目也越來越多。據(jù)統(tǒng)計,1996年世界上已有230多家機(jī)構(gòu)開展了RPM的研究,目前數(shù)百家大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)介紹了研究和開發(fā)R

8、PM技術(shù)的狀況。在這一領(lǐng)域美國一直處于領(lǐng)先地位,各種工藝在美國最先出現(xiàn),研究和開發(fā)的工藝種類也最多。日本僅次于美國,其主要研究集中在光固化樹脂成形方面。歐洲也有許多科研機(jī)構(gòu)和廠家開展多種RPM工藝的研究。我國在RPM技術(shù)方面的研究始于20世紀(jì)90年代,兩次全國性RP會議陸續(xù)召開,制造及自動化領(lǐng)域的多次學(xué)術(shù)會議都設(shè)RP專題,這充分表明國內(nèi)研究已成為人們關(guān)注的熱點,國家自然基