现代铸造技术2021-第5部分.ppt

（4）自由成形制造。RP&M技术的这一特 点是基于自由成形制造的思想。自由的含义有 两个方面：一是指根据零件的形状，不受任何 专用工具（或模腔）的限制而自由成形；二是 指不受零件任何复杂程度的限制。
（5）材料的广泛性。由于各种RP&M工艺的成 形方式不同，因而材料的使用也各不相同，如 金属、纸、塑料、光敏树脂、蜡、陶瓷，甚至 纤维等材料在快速原型领域已有很好的应用。
SLS法与立体平版印刷法生产过程相
似，只是将液态激光固化树脂换成在激光 照射下可烧结成形的粉末烧结材料。其工 艺过程如图10.1.2所示，用红外线板将粉 末烧结材料加热至恰好低于烧结点的温度， 然后用计算机控制激光束，按零件的截面 形状扫描平台上的粉末烧结材料，使其受 热熔化烧结，继而平台下降一个厚层，用 滚子将粉末烧结材料均匀地分布在烧结层 上，再用激光烧结，如此反复进行，逐层 烧结成形。
图10.1.1 快速原型工艺基本过程
（2）从制造角度CAD模型直接驱动，成形 过程无需人干预或较少干预；通用成形设备无 需专用夹具或工具；减少材料浪费，降低原材 料储存运输费用等；参数化设计、参数化制造， 零件一致性好。
（3）从市场和用户角度 避免传统方法中复杂的中间加 工制造环节和设计失误造成的 损失，实时地根据市场需求低 成本、少风险地改变产品；产 品多样化，面向订单生产。
2. 光掩膜（SGC）法
SLS 技 术 所 用的 材 料 除 金属粉末外，还可以使用聚合物 和陶瓷，从而使所成形的模样性 能符合设计要求，适应不同的需 要，也可以制造出高强度的零件。 因为粉末是经过压实的，所以 SLS技术不需要支撑。但是SLS模 型是一种烧结技术产品，烧结过 程中单位面积的吸收功率要非常 准确Hale Waihona Puke Baidu控制有一定难度，此外模 型表面相对粗糙，要进行适当的 焙烧固化并经打磨处理。当粉末 粒径为0.1mm以下时，SLS法成形 后的模样精度可达±1％。
图10.1.2 选择性激光烧结法工艺原理
SGC 是 立 体 平 版 印刷法的扩展，与立体 平版印刷法激光直接在 树脂液面扫描成形不同， 而是让激光通过一个可 编程的光掩膜照射树脂 成 形 。 如 图 10.1.3 所 示 ， 光掩膜上的图形是掩膜 机在模型片层参数的控 制下，利用电传照相技 术在平板玻璃上调色或 静电喷涂而成零件断面 图形，零件截面部分可 透过紫外光。
1、6 现代铸造技术的发展
1.1 快速原型技术 1.2 材料成形计算机技术 1.3 材料成形自动设备及系统
1.1 快速原型技术
1.1.1 快速原型技术简介 1.1.2 快速原型工艺 1.1.3 快速原型技术在热加工
中的应用
1.1.1 快速原型技术简介
1. 快速原型技术的概念
快速原型（RP&M）技术是由CAD模型直接驱动的快 速制造复杂形状三维实体零件技术的总称。RP&M技术 的成形原理不同于传统制造的去除法（切削加工、电 火花加工等）和变形法（铸造、锻压等），而是一种 分层制造的材料累加方法。从成形角度看，零件可视 为“点”或“面”叠加而成。RP&M技术从CAD三维模型 中离散得到点、面的几何信息，再与成形工艺参数信 息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到 体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零 件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他 方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。
（l）高度柔性。它取消了专用工具，在计算 机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件。
（2）设计制造一体化。RP&M技术采用了离散、 堆积分层制造工艺，能够克服传统的CAD/CAM技 术中成型思想的局限性，很好地将CAD/CAM一体 化。
（3）快速性。RP&M技术中，从CAD设计到原型 的加工完成只需几小时至几十小时，比传统的成 型方法速度要快得多，适合于新产品的开发与管 理。
SGC法采用高能紫外 激光器，成形速度快， 可以省去支撑结构。SGC 法的模型精度可达 ±0．l％。
2. 快速原型技术的特征
RP&M技术是CAD技术、数控技术、激光技术 以及材料科学技术的高度集成，在成形概念上以 离散、堆积为指导，在控制上以计算机和数控为 基础，以最大的柔性为目标。CAD技术实现零件的 曲面和实体造型，能够进行精确的计算和复杂的 数据交换；数控技术使精确的运动控制、能量传 输控制、材料转移控制等成为可能；激光的极高 能量密度和极小光斑直径的特性是实现切割、烧 结、聚合反应等工艺的保证；材料科学则提供满 足各种性能要求的材料，如光敏材料、热敏材料 等。此外RP&M技术还有以下特征：
1.1.2 快速原型工艺
发展新型的先进成形工艺是RP&M 的核心。目前市场上推出的RP&M成形方 法已有十余种，并还在迅速发展，常见 的有立体平版印刷法、逐层轮廓成形法 以及选择性激光烧结法、光掩膜法、熔 化堆积法和直接制模铸造法等。
1. 激光烧结（SLS）法
SLS法的基本原理是依靠CAD软件，在计 算 机 中 建 立 三 维 实 体 模 型 及 其 表 面 ， 由 CO2 激 光器发出的光束在计算机的控制下，根据几何 形体各层横截面的坐标数据对材料粉末层进行 扫描，在激光照射的位置上，粉末熔化并凝固 在一起。再铺上一层新的粉末，再用激光扫描、 烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起， 最后就可制造出所需零件。
因 此 RP&M 技 术 与 传 统 加 工 技 术 相 比 ， 有 如 下 优 势 ：
（l）从设计角度可以设计制造任意复杂的三维几何实 体，不用考虑毛坯形状、工装卡具、时间和成本的限 制；减少零件数量，不受刀具加工能力的限制，同时 用于精度、装配的时间减少。
目前已发展出多种多样的RP&M方法。各种RP&M方 法工艺过程基本相同（图10.1.1），先由CAD软件设计 出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型，然后根 据工艺要求，将其按照一定厚度进行分层，把原来的 三维电子模型变成二维平面信息（截面信息），再将 分层后的数据进行一定的处理，加入工艺参数，产生 数控代码；最后数控系统以平面加工方式有序地加工 出每个薄层并使它们自动粘结而成形。