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激光快速成型技術(shù)的原理及特點(diǎn)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-06-19 09:51:44點(diǎn)擊率：

　　傳統(tǒng)的工業(yè)成形技術(shù)中大部分也是遵循這一方法的，如車削、銑削、鉆削、磨削、刨削;另外一些是采用模具進(jìn)行成形，如鑄造、沖壓。而激光快速成形卻是采用一種全新的成形原理——分層加工、迭加成形。對(duì)于學(xué)過高等數(shù)學(xué)的人來說，這種原理并不陌生。在定積分的應(yīng)用中，曾講到母線是已知曲線的旋轉(zhuǎn)體體積計(jì)算和平行截面已知的立體體積計(jì)算，兩者都是取厚度為△Xi的截面，近似地看成是扁圓柱體或曲邊柱體，然后加以迭加：

　　當(dāng)‖△x‖→O時(shí)，就分別得到旋轉(zhuǎn)體或平行截面已知立體的體積。

　　地形地貌是由復(fù)雜曲面構(gòu)成的，但是，只要我們測(cè)繪出不同高度的等高線，就可以據(jù)此在平板上切割出大小、形狀各異的曲邊平面(當(dāng)然，板厚與相鄰兩條等高線之間的高度差應(yīng)符合地形圖的比例尺)，然后再把它們層疊起來，只要等高線取得足夠密，就可以制作成逼真的 地形模型。

　　目前，按照這種分層加工、迭加成形原理開發(fā)出的激光快速成形機(jī)有很多種，在此擇其主要幾種作一概要的介紹：

　　1、液態(tài)光敏聚合物選擇性固化(SLA:Strreolithographyppara立體平板印刷設(shè)備)

　　1902年美國(guó)的一項(xiàng)專利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，1986年美國(guó)的又一項(xiàng)專利提出用激光照射液態(tài)光敏樹脂分層制作三維實(shí)體的快速成形方案，美國(guó)3DSYSTEMS公 司據(jù)此于1988年生產(chǎn)出 臺(tái)激光快速成形機(jī)SLA-250。

　　這種激光快速成形機(jī)所使用的構(gòu)形材料是一種液態(tài)光敏聚合物，在紫外光的照射下會(huì)發(fā)生聚合固化反應(yīng)，由液態(tài)變成固態(tài)，其優(yōu)點(diǎn)是：能直接得到類似塑料的樹脂件，且表面粗糙度較小。

　　其缺點(diǎn)是：

　　(1)成形過程中的化學(xué)和物理變化使得尺寸精度不易保證，且會(huì)發(fā)生蠕變;

　　(2)須對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描固化，成形時(shí)間較長(zhǎng)，成形后要進(jìn)一步固化處理;

　　(3)由于未被激光束照射的部分仍為液態(tài)，因此對(duì)于懸伸部分要事先設(shè)計(jì)支撐，固化后再去除;

　　(4)光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好，工作溫度不能超過100℃，會(huì)吸濕膨脹， 抗腐蝕能力不強(qiáng)，且價(jià)格昂貴(140-2404 /kg);

　　(5)產(chǎn)生紫外激光的激光管壽命2000小時(shí)左右。

　　2、薄型材料選擇性切割(LOM:Laminatedbjeetanufacturing分層物體制造)

　　這種激光快速成形所使用的構(gòu)形材料是事先涂有熱熔膠的紙，其成形過程與前面所述的制作地形模型的過程相似，

　　其優(yōu)點(diǎn)是：

　　(1)尺寸精度較高;

　　(2)只須對(duì)輪廓線進(jìn)行切割，制作效率高;

　　(3)無需設(shè)計(jì)支撐;

　　(4)制成的樣件有類似木質(zhì)制品的硬度，稍作處理后可在200℃以下環(huán)境中使用，可進(jìn)行一定的切削加工;

　　(5)所用二氧化碳激光器壽命達(dá)20000小時(shí);

　　(6)構(gòu)形材料價(jià)格便宜(8/kg)。

　　其缺點(diǎn)是：

　　(1)不能直接制作塑料件;

　　(2)表面粗糙度較高，工件表面有明顯的臺(tái)階紋，成型后要進(jìn)行打磨;

　　(3)易吸濕膨脹，成形后要盡快表面防潮處理;

　　(4)工件缺少彈性。

　　3、絲狀材料選擇性熔復(fù)(FDM:edepositionodeling熔積成形)

　　這種快速成型機(jī)所使用的構(gòu)形材料是絲狀熱塑性材料，其工作原理類似于標(biāo)花蛋糕的制作， 絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)噴頭，在噴頭中加熱到熔融態(tài)，按照截面形狀涂覆在工作臺(tái)上，并 快速冷卻固化，一層完成后噴頭上升一個(gè)層高，再進(jìn)行下一層的涂覆,其優(yōu)點(diǎn)是：

　　(1)能直接制作ABS塑料;

　　(2)尺寸精度較高;

　　(3)材料利用率高。

　　其缺點(diǎn)是：

　　(1)表面粗糙度較高，需后處理;

　　(2)成形時(shí)間較長(zhǎng);

　　(3)材料昂貴(250-458/kg);

　　(4)懸臂結(jié)構(gòu)處要設(shè)置支撐，不過新型FDM快速成形機(jī)上設(shè)置了兩個(gè)噴頭，一個(gè)噴成形材料 ，另一個(gè)噴支撐材料，并且支撐材料可以進(jìn)行水溶去除，減小了后處理時(shí)間。

　　4、粉末材料選擇性燒結(jié)(SLS:Selectedaserintering選擇性激光燒結(jié))

　　這種快速成型機(jī)的工作原理與SLA相仿，不過所用成形材料不是液態(tài)的光敏樹脂，而是粉末狀的高分子材料、金屬或陶瓷與粘結(jié)劑的混合物等，粉粒直徑為 50-125靘，成形時(shí)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料，并加熱至略低于熔化溫度，然后激光束按照截面形狀進(jìn)行掃描，被掃描的部分材料熔化、粘接成形，不被掃描的粉未材料仍呈粉粒狀作為工件的支撐，一層完成成形后，工作臺(tái)下降一個(gè)層高，再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié).其優(yōu)點(diǎn)是：

　　(1)可直接得到塑料、陶瓷或金屬件，可加工性好;

　　(2)無需設(shè)計(jì)支撐。

　　其缺點(diǎn)是：

　　(1)成形件結(jié)構(gòu)疏松多孔，表面粗糙度較高;

　　(2)成形效率不高;

　　(3)得到的塑料、陶瓷或金屬件遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)成形方法得到的同類材質(zhì)工件， 需進(jìn)行滲銅等后處理，但在后處理中難于保證制件尺寸精度。

　　通過對(duì)以上四種快速成形機(jī)的介紹，我們可以看出：激光快速成形技術(shù)是多種先進(jìn)制造技術(shù)的集成。

　　由于不同的快速成形機(jī)具有不同的特點(diǎn)，因此要根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇，選擇中要綜合考慮成形件的尺寸大小、成形件的精度要求、成形件的用途、成形件的形狀、以及成形件的材質(zhì)要求等等，還要權(quán)衡制作成本，例如：

　　大型件、實(shí)體適于用LOM制作;

　　小型件、薄壁件適于用SLA、FDM、SLS制作;

　　塑料件可用SLA、FDM直接制作，用LOM則要通過硅膠模、反應(yīng)式注塑翻制;

　　金屬件可用SLS直接制作，用其它方法則要通過鑄造翻制;

　　表面粗糙度要求高的可SLA、LOM制作;

　　使用于較高溫度環(huán)境下的可用LOM制作等等。

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