立式加工中心XY方向进给系统以与床身的设计说明文

1 引言

1.1 快速成型技术的产生和发展

1.1．1快速成型（RP）技术简介

快速原型制造技术，又叫快速成型技术，英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP 技术），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。

快速成型（RP）技术是在90年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。它于20世纪80年代后期产生于美国，很快扩展到日本及欧洲，比喻20世纪90年代初期引进我国，是近20年来制造技术领域的一项重大突破，并由此产生一个新兴的技术领域。

它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将CAD和CAM技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件到三维实体原型制造一体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术，是又CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件制造的技术的总称。

快速成形（Rapid Prototyping，RP）技术基于离散/堆积原理，采用多种直写（Direct Writing）技术控制单元材料状态，将传统上相互独立的材料制备和材料成形过程合，建立了零件成形信息及材料功能信息数字化到物理实现数字化之间的直接映射，实现了从材料和零件的设计思想到物理时间的一体化[1]。

进入21 世纪以来，间接快速制模技术成为RP 最重要的应用领域；生物活性材料快速成形成为RP 研究中一个新的热点，快速成形的生物材料进入细胞和大分子层次；RP 技术的研究重点逐步转移到快速制造（Rapid Manufacturing），主要是直

接金属件的制造，快速成形技术的概念也由快速原型向快速制造转化[2]。而基于喷射技术的熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）正是当前最活跃使用最广泛的RP技术之一。

1.1.2快速成型技术的基本原理

传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料，从而达到设计所要求的形状、尺寸和公差，这种方法统称为材料去除制造。

快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。

1.1.3 快速成型（RP）技术的特点

RP技术将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，具有如下特点：

（1）成型全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；

（2）可以制造任意复杂形状的三维实体；

（3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境；

（4）成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期。

（5）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。

以上特点决定了RP技术主要适合于新产品开发，快速单件及小批量零件制造，复

杂形状零件的制造，模具与模型设计与制造，也适合于难加工材料的制造，外形设计检查，装配检验和快速反求工程等。

1.1.4 快速成型（RP）技术的研究背景

自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。

本次毕设的任务就是基于各种快速成型技术中的FDM技术提出来的

2.快速成型的分类及其应用

1.4 快速成型技术的分类

目前快速成型技术在“分层制造”思想的基础上，已出现了数十种工艺方法，并且新的工艺还在不断涌现。根据所使用的材料和建造技术的不同，目前应用比较广泛的方法有选择性激光烧结法（SLS）、光固化成型法（SLA）、熔融沉积制造法（FDM）、叠层实体制造法（LOM）等。

1) 选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering, SLS)工艺

SLS工艺是采用粉末状材料成型的。用激光束在计算机的控制下有选择地进行烧结，被烧结部分固化在一起构成了零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新的一层则与上一层牢固地结合在一起。所有层完成后，去除多余未烧结的粉末，再经过打磨、烘干等后处理，便得到烧结后的零件。如下图所示：

图1 选择性激光烧结原理图

2）光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)工艺

SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再铺上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。如下图所示:

图2 立体光固化成型工艺原理图

3) 熔融沉积制造法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)工艺

FDM工艺一般采用热塑性材料。材料在喷头被加热融化。喷头在计算机的控制下沿零件截面进行填充轨迹运动，同时将融化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。材料挤压后堆积出一个层面，然后将第二个层面用同样的方法制造出来，并与前一个层面熔接在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。如下图所示：

图3 熔融沉积制造原理图

4) 叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)工艺

LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。LOM工艺将单面涂有热溶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．这样反复逐层切割一粘合一切割，直至整个零件模型。如下图所示：