快速成型技術(shù)的原理介紹

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-03-26 10:01:33點(diǎn)擊率：

　　快速自動成型(Rapid Prototyping)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱，它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)。激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果:是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。

　　快速自動成型技術(shù)問世不到十年，已實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的市場，發(fā)展非常迅速。人們對材料逐層添加法這種新的制造方法已逐步適應(yīng)。制造行業(yè)的工作人員都想方設(shè)法利用這種現(xiàn)代化手段，與傳統(tǒng)制造技術(shù)的接軌工作也進(jìn)展順利。人們用其長避共短，效益非凡。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　快速成型的過程是首先生成一個產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式，再用一軟件從STL文件 "切"(Slice)出設(shè)定厚度的一系列的片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機(jī)中去，類似于計算機(jī)向打印機(jī)傳遞打印信息，用材料添加法依次將每一層做出來并同時連結(jié)各層，直到完成整個零件。因此，快速自動成型可定義為一種將計算機(jī)中儲存的任意三維型體信息通過材料逐層添加法直接制造出來，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技術(shù)。

　　快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性和特點(diǎn):

　　(1)產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)自由制造(Free FormFabrication)，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。

　　(2)產(chǎn)品的單價幾乎與批量無關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。

　　(3)由于采用非接觸加工的方式，沒有工具更換和磨損之類的問題，可做到無人值守，無需機(jī)加工方面的專門知識就可操作。

　　(4)無切割、噪音和振動等，有利于環(huán)保。

　　(5)整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)，零件可大可小，所見即所得，可隨時修改，隨時制造。

　　(6)與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造，快速模具制造，小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。光固化立體造型(SL—Stereolithography)

　　該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個薄層截面。當(dāng)一層固化完畢，移動工作臺，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個零件原型制造完畢。

　　SL法是個投入商業(yè)應(yīng)用的RP技術(shù)。目前全球銷售的SL設(shè)備約占RP設(shè)備總數(shù)的70%左右。這種方法的特點(diǎn)是精度高、表面質(zhì)量好。原材料利用率將近100%，能制造形狀特別復(fù)雜(如空心零件)、特別精細(xì)(如手飾、工藝品等)的零件。

　　分層物件制造(LOM—Laminated Object Manufacturing)

　　LOM工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割一粘合一切割……直至整個零件模型制作完成。

　　選擇性激光燒結(jié)(SLS—Se1ected Laser Sintering)

　　該法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作臺上均勻鋪上一層很薄(100μ~200μ)的粉未，激光束在計算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉未，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前，成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接或燒結(jié)的工藝還正在實(shí)驗(yàn)研究階段。

　　熔融沉積造型(FDM—ed Deposition Modeling)

　　FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點(diǎn)之上(通?？刂圃诒热埸c(diǎn)高1℃左右)。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制使半流動狀態(tài)的熔絲材料(絲材直徑一般在1.5mm以上)從噴頭中擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。每層厚度范圍在0.025～0.762mm，一層疊一層形成整個零件模型。

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