快速成形-零件制造技术.doc

参考资料参考资料快速成形/ 零件制造技术来源: 开关柜无线测温 (Rapid Prototyping) 技术是 20 世纪 80 年代后期诞生, 90年代发展起来的快速成形(原型)技术,被公认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,它对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。 RP 系统综合了机械工程、 CAD 、数控技术,激光技术及材料科学技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,有效地缩短了产品的研发周期,可以快速响应市场需求,提高企业的竞争力。快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法(部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件),而采用全新的“增长”堆积法(用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件,将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合),因此,它不必采用传统的加工机床和工模具,只需传统加工方法的 10 %~ 30 %的工时和 20 %~ 35 %的成本,就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势,所以近年来发展迅速,已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术, 是实现并行工程 CE ( Concurrent Engineering )必不可少的手段。一、 RP&M 技术产生的背景随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈,产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下, 自主快速产品开发(快速设计和快速工模具制造)的能力(成本和周期),成为制造业全球竞争的实力基础。同时,制造业为满足日益个性化的市场需求,又要求制造技术有较强的灵活参考资料参考资料性,能够在不增加产品的成本的前提下,以小批量甚至单件组织生产。因此,产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。半个世纪以来, 计算机、 CAD/CAM 、 NC、材料和激光等技术的发展和普及,也在技术层面上为新的制造技术的产生奠定了基础。正是在这种社会背景下,快速成形/ 零件制造技术( RP&M - Rapid Prototyping/Parts Manufacturing )于 20 世纪 80 年代后期产生于美国,并迅速扩展到欧洲及日本,被认为是近年来制造技术领域的一项重大突破。二、 RP&M 的原理及主要方法 RP&M 技术, 是指在计算机控制与管理下, 由零件的 CAD 模型直接驱动快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称,是现代多种先进技术的集成。快速成形技术采用离散/ 堆积成形原理, 通过离散获得堆积的路径和方式, 通过精确堆积将材料“叠加”起来形成复杂三维实体。人们把快速成形系统比喻为“立体打印机”(3DSolid Printer) 是非常形象的。离散/ 堆积的过程是由三维 CAD 模型开始的: 先将 CAD 模型离散化,将某一方向(常取 Z 向)切成许多层面,即分层,属信息处理过程;然后在分层信息控制下顺序堆积各片层,并使层层结合,堆积出三维实体零件,这是 CAD 模型的物理体现过程。每种 RP 设备及其操作原理都是基于逐层叠加的过程的。 RP&M 技术的具体工艺有 30 余种,多数是由美国开发的。以下是最为成熟的 5 种方式。 1. 立体印刷(SLA , Stereolithgraphy Apparatus ) 成形技术基本工作原理:用紫外激光在光敏树脂表面扫描,令其有规律地固化,由点到线,再到面,完成一个层面的建造,每次产生零件的一层。在扫描的过程中,只有激光的曝光量超过树脂固化所需的阈值能量的地方,液态树脂才会发生聚合反应形成固态。因此在扫描过程中,对于不同量的固化深度,要自动参考资料参考资料调整扫描速度,以使产生的曝光量和固化某一深度所需的曝光量相适应。每一层固化完毕之后,升降工作台移动一个层片厚度的距离,然后将树脂涂在前一层上,再建造一个层。如此反复,每形成新的一层均粘附到前一层上,直到制作完零件的最后一层,成为一个三维实体。这样零件就堆积完毕,再对零件进行一些必要的后处理,整个制做过程就完成了。 2. 熔融沉积成形( FDM , Fused Deposition Modeling) 熔融沉积成形是指将热熔性材料( ABS 、尼龙或蜡) 通过加热器熔化,在移动头的运动过程中挤压喷出细丝,按零件的截面形状沉积成一薄层,这样逐层堆积制成一个零件。在沉积过程中, 喷头受水平分层数据的控制沿 XY 移动, 同时半流动融丝从 FDM 喷头中挤压出来, 必须精确控制从挤压头孔流出的材料数量和喷头的移动速度, 当它和前一层相粘结时很快就会固化, 整个零件是在一个活塞上制作的。该活塞可以上下移动,当制作完一层后活塞下降, 为下一层制作留出层厚所需的空间。 FDM 可以使用很多种材料,任何有热塑特性的材料均可作为其候选材料。 3. 选择性激光烧结( SL