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1、先进制造技术快速原型制造技术的应用康米（南京农业大学，车辆工程91班，30309124）摘要：关键字：快速原型，模具制造，空腔医学，飞行系统0引言制造业是一个国家的重要基础产业，它为国民经济的各个部门提供先进的手段和装备。在新的世纪，随着市场多样化需求的发展,产品竞争日益激烈,加速新产品的开发和提高制造技术的柔性、敏捷性已成为企业赢得竞争的关键,在此背景下快速原型制造技术(RapidPrototypingManufacturing,简称RPM或RP)应运而生。快速原型技术是一项综合了机械、CAD、计算机、数控、检测、激光及材料等多学科的先进制造技术,20世纪80年代起源于日
2、本,很快在世界各国得到推广应用,目前已成为制造业新产品开发服务的一项关键共性技术。并且，快速原型技术在各个领域都在发展，应用。不管是其基础应用，还是快速成型的思想。它的前景是宽广的，美好的，相信不久的将来，它会为世界带来另一个工业革命。1快速原型制造技术的基本原理快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型的总称，其原理为：产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结
3、、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。2快速原型制造技术的工艺方法2.1立体印刷成型工艺(StereoLithographyApparatus)图1SLA又称激光立体造型、激光立体光刻技术,是快速成型技术中最早、技术最成熟、应用最广泛的一种方法。图1为SLA的原理图,其工作过程为:先在工作台上铺上一层设定层厚的液态树脂,光源在计算机的控制下按截面轮廓要求作横向和纵向扫描,使轮廓内的树脂固化;然后工作台下降,在上一层的基础上再铺上另一层树脂,刮板刮平树脂后,光源再纵向扫描固化树脂,新固化的一层就牢固地粘接在先前固化的一层上,如此重
4、复直到整个原型成型完毕。该工艺制造精度可达±0.1mm,可成型任意复杂形状的三维实体、精细首饰、工艺品等零件,仿真性强,成形精度和材料利用率高。-5-先进制造技术2.2迭层实体成型工艺(LaminatedObjectManufacturing)图2LOM图2为LOM的原理图,它是由原材料存储及送进机构、热压机构、激光切割系统及计算机等组成。LOM工艺将单面涂有热熔胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起,位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据,用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓,然后新的一层纸再叠加在上面通过热压装置和下面已切割层粘合在一起,激光束再次切割,这样反复逐层切割、
5、粘合、切割,直至整个零件模型制作完成。该方法适用于成形中、大型件,变形小,尺寸精度较高,成形时间较短,激光器使用寿命长,常用于金属薄板成型件的制作。2.3选域激光烧结成型工艺(SelectedLaserSintering)图3SLS图3为SLS的原理图。与SLA类似,用激光对金属粉末或塑料粉末一层一层地扫描加热使其达到烧结温度,最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构。成型时,随着工作台的分步下降,铺粉器将粉末一层一层地撒在工作台上,再用滚筒将粉末滚平、压实,每层粉末的厚度均对应于CAD模型的切片厚度。各层经激光扫描加热的粉末被烧结到其基体上,而未被激光扫描的粉末仍留在原处起支
6、撑作用,直至烧结出整个零件。该工艺造型速度快、造型精度高(每层粉末最小厚度约0.07mm,激光动态精度可达±0.09mm,并具有自动激光补偿功能)、原型强度高(聚碳酸脂的弯曲强度可达34.5MPa,尼龙可达55MPa)。2.4熔融沉积造型工艺(FusedDepositionModeling)图4FDM图4为FDM的原理图。在计算机控制下,加热喷头根据截面轮廓的信息,作X-Y平面运动和高度Z向的运动。加热熔化的丝材(如塑料丝、尼龙等)被选择性地涂覆在工作台上,快速冷却后形成截面轮廓,如此反复一层一层地涂覆,最终得到三维产品。该工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上(通常
7、控制在比熔点高1℃左右),喷头受CAD分层数据控制,使半流动状态的熔丝材料(丝材直径一般在1.5mm以上)从喷头中挤压出来,凝固形成轮廓形状的薄层(每层厚度范围在0.025～0.76mm),层层相叠最后形成整个零件模型。该方法成型速度快,适合成形小塑料件,可用的材料有蜡、尼龙、塑料等。2.5三维打印成型工艺(ThreeDimensionalPrinting)图5TDP图5为3DP的原理图,零件由粉末和胶水组成的。左面是储粉筒,材料被放置在快速成型过程的起始位置。在工作平台的里面是一个平整的金属盘,上面一层层微细的粉
