快速成型技术

快速成型技术（RPM)

快速成型技术（RPM）是集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的最新成果于一体的零件原型制造技术。它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一层一层积累的方式构造零件模型。它利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造产品原型。由于该技术不像传统的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造时间减少为几天、几小时，大大缩短了产品开发周期，减少了开发成本。随着计算机技术的决速发展和三维CAD软件应用的不断推广，越来越多的产品基于三维CAD设计开发，使得快速成型技术的广泛应用成为可能。快速成形技术已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型（雕刻）、建筑模型、机械行业等领域。

快速成型制造技术(Rap id Prototyp ingManufac2turing, RPM) ,就是根据零件的三维模型数据,迅速而精确地制造出该零件。它是在20世纪80年代后期发展起来的,被认为是最近20年来制造领域的一次重大突破,是目前先进制造领域研究的热点之一。快速成型制造技术是集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术。传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具,制造成本高,周期长,对于一个比较复杂的零件,其加工周期甚至以月计,很难适应低成本、高效率的加工要求。快速成型制造技术能够适应这种要求,是现代制造技术的一次重大变革

1. 快速成型技术原理与特点

随着CAD建模和光、机、电一体化技术的发展,快速成型技术的工艺方法发展很快。目前已有光固法( SLA ) 、层叠法(LOM ) 、激光选区烧结法( SLS) 、熔融沉积法( FDM) 、掩模固化法( SGC) 、三维印刷法( TDP) 、喷粒法(BPM)等10余种。

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2. 光固化立体造型( Stereolithography, SLA) 该技术以光敏树脂为原料,将计算机控制下的紫外激光,以预定零件各分层截面的轮廓为轨迹,对液态树脂逐点扫描,由点到线到面,使被扫描区的树脂薄层产生聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在原先固化好的树脂表面再覆盖一层新的液态脂以便进行新一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此重复直到整个零件原型制造完毕。SLA 法是第一个投入商业应用的RPM技术,其方法特点是精度高、表面质量好、原材料利用率将近100%,可以制造形状特别复杂、外观特别精细的零件。2．1．2 层片叠加制造( Lam ina ted ObjectManufac2tur ing, LOM ) 层片叠加制造工艺是将单面涂有热溶胶的箔材(涂覆纸———涂有粘接剂覆层的纸、涂覆陶瓷箔、金属箔等)通过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,用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓,然后新的1层箔材再叠加在上面,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- 粘合- 切割,直至整个零件模型制作完成。2．1．3 选择性激光烧结( Selected Laser Sinter ing, SLS) 以CO2 激光器为能量源,通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属(或

复合物)的粉末材料均匀地烧结在加工平面上[ 6 ] 。激光束在计算机的控制下,通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。激光束扫描之处,粉末烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。根据物体截层厚度而升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平后,开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,经打磨、烘干等处理后获得零件。2．1．4 熔融沉积造型( Fused Deposition Modeling,FDM ) 将CAD模型分为一层层极薄的截面,生成控制FDM喷嘴移动轨迹的二维几何信息。FDM加热头把热熔性材料(ABS、尼龙、蜡等材料)加热到临界半流动状态,在计算机控制下,喷嘴头沿CAD确定的二维几何信息运动轨迹挤出半流动的材料,沉积固化成精确的零件薄层,通过垂直升降系统降下新形成层,进行固化。这样层层堆积粘结,自下而上形成一个零件的三维实体。上述4种RPM方法,都有一个共同几何物理基础———分层制造原理。从几何上讲,将任意复杂的三维实体沿某一确定方向用平行的截面去依次截取厚度为δ的制造单元,可获得若干个层面,将这些厚度为δ的单元叠加起来又可形成原来的三维实体,这样就将三维问题转化为二维问题,既降低了处理的难度,又不受零件复杂程度的限制。RPM的总体目标是在CAD技术的支持下,快速完成复杂形状零件的制造,其主要技术特征是:直接用CAD软件驱动,无需针对不同零件准备工装夹具;零件制造全过程快速完成;不受复杂三维形状所限制的工艺方法的影响。