快速成形技術

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1、快速成形技術現(xiàn)代成形理論是研究所有產品制造的成形方式，即研究將成形材料有序地組織成具有確定外形和特定功能的三維實體的科學，建立起產品制造的理論模型。根據(jù)工藝可以將產品成形的過程分為如下四種：1.受迫成形成形材料受到壓力的作用而成形的方法，如金屬材料成形的冷沖壓成形、鍛壓成形、擠壓成形以及鑄造成形等。2.去除成形這是人類從制作工具到現(xiàn)代化生產一直沿用的主要成形方法，如刀具切削加工、磨削加工、電火花加工等。3.離散/堆積成形與傳統(tǒng)制造不同，離散/堆積成形從零件的CAD實體模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成形系統(tǒng)，用層層加工的方法將成形材料堆

2、積而形成實體零件。4.生長成形生長成形或稱仿生成形是指模仿自然界中生物生長方式而成形的方法?？焖俪尚渭夹g是基于離散/堆積思想和數(shù)字化的新型成形技術，它突破了傳統(tǒng)的加工方式，不需機械加工設備即可快速地制造形狀極為復雜的工件，被認為是近20年制造技術領域的一次重大突破。快速成形技術是當前世界上先進的產品開發(fā)與快速工具制造技術，對制造企業(yè)的模型、原型及成型件的制造方式正產生深遠的影響。1.1快速成形技術1.1.1快速成形技術原理快速成形（RP，RapidPrototyping）技術又稱快速原型制造，誕生于20世紀80年代后期，至今已有20多年

3、的歷史，是基于材料堆積法的新型制造技術。快速制造技術集機械工程、計算機輔助制造（CAD）、逆向工程技術、分層制造技術、數(shù)控技術、材料科學等于一身，可以自動、直接、快速、精確地將計算機上設計的模型轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供一種高效低成本的實現(xiàn)方法。TerryWohlers和美國制造工程師協(xié)會（SME）對RP技術進行了定義[]：RP系統(tǒng)依據(jù)三維CAD模型數(shù)據(jù)、CT（計算機斷層掃描，computertomography）和MRI(核磁共振成像，magneticresonanceima

4、ging)掃描數(shù)據(jù)和由三維實物數(shù)字化系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，把所得數(shù)據(jù)分成一系列二維平面，又按相同序列沉積或固化出物理實體。顏永年等對RP的描述為[]：RP技術是基于離散/堆積成形原理的新型數(shù)字化成形技術，是在計算機的控制下，根據(jù)零件的CAD模型，通過材料的精確堆積，制造原型或零件的。分別從廣義和狹義兩個角度作如下分析：①針對工程領域而言，其廣義上的定義為：通過概念性的具備基本功能的模型快速表達出設計者意圖的工程用方法。②針對制造技術而言，其狹義上的定義為：一種根據(jù)CAD信息數(shù)據(jù)把成形材料層層疊加而制造零件的工藝過程?？偠灾?，快速成形技術就是

5、利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層一層的材料堆積成實體原型。1.1.2快速成形技術基本特征快速成形技術與傳統(tǒng)的加工方法相比較，具有以下的優(yōu)越性。1）可以制成幾何形狀任意復雜的零件，而不受傳統(tǒng)機械加工方法中刀具無法達到某些型面的限制。2）曲面制造過程中，CAD數(shù)據(jù)的轉化（分層）可百分之百地全自動完成，而不像數(shù)控切削加工中需要高級工程人員數(shù)天復雜的人工輔助勞動才能轉化為完全的工藝數(shù)控代碼。3）不需要傳統(tǒng)的刀具或工裝等生產準備工作。任意復雜零件的加工只需在一臺設備上完成，因而大大縮短了新產品的開發(fā)成本和周期，其加工效率亦遠勝于數(shù)控加

6、工。4）用快速成形方法制造原型的材料廣泛，金屬和非金屬材料均可用于制造。5）快速制造出來的原型復制性和互換性高。6）快速制造是高度技術集成，可實現(xiàn)設計和制造一體化。1.1.3快速成形技術的典型工藝方法1）光固化成形光固化成形（StereoLithographyApparatus，SLA）工藝也稱光造型、立體光刻及立體印刷。1987年，由美國3DSystems公司退出了名為StereoLithographyApparatus(SLA或SL)的快速成形裝置，其工藝過程液態(tài)光敏樹脂為材料充滿液槽，由計算機控制激光束跟蹤層片狀截面軌跡，并照射到

7、液槽的液態(tài)樹脂，而使這一層的液態(tài)樹脂固化，之后升降臺下降一層高度，已成型的層面上又鋪滿一層樹脂，然后再進行新一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復知道整個零件制造完畢，得到一個三維實體模型。目前，SL中的光源不再是單一的激光器，還有其他新的光源，如紫外燈等[]，但是各種SL使用的成形材料均是對某特種光束敏感的樹脂，因而，稱SL工藝為光固化成形。光固化成形加工方式分為自由液面式和約束液面式。自由液面式SL的成形過程是：液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂（即光敏樹脂），一定波長的激光光束按計算機的控制指令在液面上有選擇地逐點掃描固化（或

8、整層固化），每層掃描固化后的樹脂便形成一個二維圖形；一層掃描結束后，升降臺下降一層厚度，然后進行第二層掃描，同時新固化的一層牢固地粘在遷移層上；如此重復直至整個成形過程結束[]。如圖所示。光固化成形過程約束