快速原型制造方法及应用

快速原型制造SLS法及应用

——09制造332 姚健快速原型技术是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。

快速原型制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体技术的总称，它有四方面的特征：

一、能制造任意复杂形状的三维实体零件而无需机械加工。

二、系统由CAD模型直接驱动，能将产品的三维计算机模型直接制成实体零件，而不必设计、制造模具、专用夹具或工具，且成型过程中无人干预或较少干预，因而制造周期大大缩短。

三、能借电铸、电弧喷涂技术进一步由塑胶件制成金属模具，或者能将快速获得的塑胶件当做易熔铸模或木模，进一步浇铸金属铸件或制造砂型。

四、能根据CAE的结果制成三维实体，作为试验模型，评判仿真分析的正确性。

快速原型制造技术的具体工艺不下30余种，根据采用材料及对材料处理方式的区别，可归纳为以下五类方法：

1、光固化法/SL法（Stereolithography)

2、叠层制造法/LOM法（Lamited Object Manufacturing)

3、激光选区烧结法/SLS法（Selective Laser Sintering)

4、熔融挤压成形法/FDM法（Fused Deposition Modeling)

5、喷墨印刷成形法/IJP法（ Ink-Jet Printing)

而在众多的成型技术中，选择SLS因为具有成型速度快、精度高、材料选择面广和适用于多种用途的特点，而得以迅速发展。

SLS工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程:

1).离散过程。首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。

2).堆积过程。首先，铺粉滚筒移至最左边，在加工区域内用滚筒均匀地铺上一层热塑性粉状材料，然后根据扫描轨迹，用激光在粉末材料表面绘出所加工的截面形状，热量使粉末材料熔化并在接合处与旧层粘接。当一层扫描完成后，重新铺粉、烧结，这样逐层进行，直到模型形成。因而SLS工艺是一种基于离散堆积成形的数字化生产技术，通过离散把复杂的三维制造转化为一系列的二维制造的叠加，把零件的制造过程转化为有序的简单单元体的制造与结合过程。

SLS法现在应用的非常的广泛：

1、新产品研制阶段的验证。在新产品的研制阶段，虽然CAD技

术使得产品设计更加快捷、方便，但由于设计的复杂性，设计人员借助计算机模拟不能较准确直观地评判所设计产品的效果和结构的合理性以及生产工艺的可行性。SLS技术可以快速制出产品样品的实物模型，实现测量、装配、功能实验和性能测试，快速经济地验证设计思想、产品结构的合理性、可制造性、可装配性、美观性，找出设计缺陷，完善产品设计。

2、快速模具制造技术。快速制模（Rapid tooling-RT）是快速成型技术的重要应用方向之一。目前的RT技术主要集中在两个大的研究方向：一个是直接快速制模，一个是间接快速制模。SLS技术为实现研究模具的各种制造方法提供了最广泛的研究平台，利用这样的平台能够实现各种快速的模具加工技术。

3、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于小批量和复杂的塑料、陶瓷、金属及其复合材料的零部件，可用SLS方法直接快速成型。目前人们正在研究梯度材料的SLS快速成型。零件的直接快速成型对航空、航天及国防工业有非常重要的应用价值。

4、基于SLS技术的新材料研究。二十一世纪，随着各行各业高技术的迅猛发展，对各种新材料性能的要求更加苛刻。SLS技术可以分层制造出具有任意复杂结构的高分子、陶瓷、金属及其复合制件，因此可以用它来研究新型材料及其制件的各种特性。因此SLS 技术也是研究新型材料的非常有潜力的手段。