压电陶瓷微滴喷射快速成型工艺与控制的分析

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1、硕上学位论文1．1引言1．1概述第1章绪论20世纪80年代末、90年代初发展起来的快速成形(RapidPrototyping，RP)技术，突破了传统的加工模式，是近20年制造技术领域的一次重大突破。它与可视化和虚拟现实等技术相结合，为设计者、制造者与用户之间提供了一种可测量、可触摸的新手段。快速成形技术可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件，有效地缩短了产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。它的核心是基于数字化的新型成形技术。快速成形技术对制造企业的模型、原

2、型及成形件制造方式正产生深远的影响。微滴喷射成型(Micro．dropletinjectionmolding，MJM)技术的成型头能够使液体材料成为一组连续的微滴并喷射到指定的位置，按照一定的序列堆积，形成三维形状的实体零件。微滴喷射成型工艺具有可使用材料广泛、工艺灵活、原型制造成本低廉和环境友好等特点，不仅可以以低成本实现一般快速成型工艺的功用，而且在功能梯度零件、生物制造和微制造等领域有着良好的应用前景n’21。1．2快速成型主要工艺简介快速成型工艺比较突出的特点就是采用增加材料的方法加工零件，其相对于传统的

3、去除材料加工工艺的优越性体现在：由于材料是逐层堆加制作所需要的零件，因此，零件的形状可以不受刀具干涉，刀具圆角半径等几何形状的限制。由于一般快速成型的成型头与工件不直接接触，所以采用快速成型的方法可以加工薄壁甚至非常细小的零件。这就给零件的设计与开发带来了很大的便利。不同快速成型工艺都有各自的有缺点，衡量一种快速成型工艺的优劣主要是看该工艺的加工精度，表面粗糙度，加工速度，材料强度与加工成本，环境要求等等。目前主要的快速成型工艺有：1立体光造型，(StereoLithographyApparatus，简称SLA)

4、。是利用激光照射光敏树脂成型的方法制作零件。特点是：精度高粗糙度较好，一般精度可达0．1ram；可以加工任意形状的零件；零件材料强度较高；加工时的最小壁厚约为压电陶瓷微滴喷射快速成型T艺与控制的研究0．0254mm。缺点是：加工成本较高；对液体材料加工控制比较复杂；材料加工时有一定的气味不适合办公条件。2迭层实体制造，(Laminated0biectManufacturing简称LOM)。对于零件制作方法是：先利用薄形材料激光先切割，再逐层堆积形成需要的形状。特点是：精度高；加工大型实体类零件的速度较快；制作成本

5、较低。缺点是：材料损耗较大；表面粗糙度较低，去除内部支撑材料比较困难。3选择性激光烧结，(SelectiveLaserSintering，简称SLS)。是采用粉末状零件激光选择性熔化的方法制作零件。特点是：可选用材料较多，后处理容易，可以制作O．3mm的壁；不需要支撑材料。缺点是：精度一般，约为0．2mm；造价昂贵，加工时有少量烟雾；加工时需要有人看护。4熔融沉积制造，(FusedDepositionModeling，简称FDM)。该工艺是利用加热的成型头挤压熔融的塑料液体，从而使塑料逐层堆积在工件表面形成所需要

6、的零件。特点是：精度较高，一般可做到O．1mm；主要加工塑料材料；，可以很容易地加工小型零件。缺点是：遇到零件的悬臂结构需要使用支撑结构，表面粗糙度较低，薄壁多孔类零件不易加工Il引。5粉末材料选择性粘结，(ThreeDimensionalPrinting简称TDP)。该工艺是利用喷墨打印头有选择的将胶水喷射在分层堆积的粉末上，进而粘接要求范围内的粉末制作所需要的零件。特点是：精度和表面粗糙度高，材料损耗较少。后处理较少，可以加工复杂零件。缺点是：成型零件较脆，加工塑料零件较困难14。7J。6微滴喷射成型，简称M

7、JM。该工艺直接将热塑性材料选择性地喷射在工件表面形成所需要的形状。特点是：特高精度与表面粗糙度，最高精度可达O．012mm，最高可达达到0．8．1．6um的表面粗糙度；能制作小到0．1mm的壁，采用双喷头方案可以制作任意复杂的零件。缺点是：只能加工低粘度的材料，强度较低，遇到零件的悬臂结构需要使用支撑结构，加工时高度方向的尺寸需要由特别的铣刀铣削加工保证，铣刀铣削会产生少量噪声n11】。1．3微滴喷射快速成型技术发展现状(1)美国SPI公司于1994年推出ModelMaker快速成型机，每台售价为7万美元。如图

8、1．1所示，ModelMaker成型机的喷头上有2～3个喷嘴，其中2个喷嘴喷射熔化的热塑性塑料，红色，熔点为90"-1130C，用于成型工件的轮廓壁和内腔；另一个喷嘴喷射熔化的蜡，绿色，熔点为30---500C，用于制作支撑材料。这种成型法能制作小到0．1mm的壁和其他特征结构。熔化的热塑性塑料和蜡被喷射到工作台后能迅速固化，形成工件的轮廓层，然后用铣刀铣去该层过高的材料