快速成型特術(shù)具有以下幾個(gè)重要特征:
l )可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。由于采用離散/堆積成型的原理.它將一個(gè)十分復(fù)雜的三維制造過程簡化為二維過程的疊加,可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意復(fù)雜形狀零件的加工。越是復(fù)雜的零件越能顯示出 RP 技術(shù)的優(yōu)越性此外, RP 技術(shù)特別適合于復(fù)雜型腔、復(fù)雜型面等傳統(tǒng)方法難以制造甚至無法制造的零件。
2 )快速性。通過對(duì)一個(gè) CAD 模型的修改或重組就可獲得一個(gè)新零件的設(shè)計(jì)和加工信息。從幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)就可制造出零件,具有快速制造的突出特點(diǎn)。
3 )高度柔性。無需任何專用夾具或工具即可完成復(fù)雜的制造過程,快速制造工模具、原型或零件
4 )快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科多年來追求的兩大先進(jìn)目標(biāo).即材料的提取(氣、液固相)過程與制造過程一體化和設(shè)計(jì)(CAD )與制造( CAM )一體化
5 )與反求工程( Reverse Engineering)、CAD 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合,成為產(chǎn)品決速開發(fā)的有力工具。
因此,快速成型技術(shù)在制造領(lǐng)域中起著越來越重要的作用,并將對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生重要影響。
快速成型技術(shù)的分類:
快速成型技術(shù)根據(jù)成型方法可分為兩類:基于激光及其他光源的成型技術(shù)(Laser Technology),例如:光固化成型(SLA )、分層實(shí)體制造(LOM)、選域激光粉末燒結(jié)(SLS)、形狀沉積成型(SDM)等;基于噴射的成型技術(shù)(Jetting Technoloy),例如:熔融沉積成型(FDM)、三維印刷( 3DP )、多相噴射沉積( MJD )。下面對(duì)其中比較成熟的工藝作簡單的介紹。
1、SLA(Stereolithogrphy Apparatus)工藝 SLA 工藝也稱光造型或立體光刻,由Charles Hul 于 1984 年獲美國專利。 1988 年美國 3D System公司推出商品化樣機(jī)SLA-I,這是世界上一臺(tái)快速成型機(jī)。SLA 各型成型機(jī)機(jī)占據(jù)著 RP 設(shè)備市場的較大份額。
SLA 技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng),分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。
SLA工作原理:液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下,能在液態(tài)表而上掃描,掃描的軌跡及光線的有無均由計(jì)算機(jī)控制,光點(diǎn)打到的地方,液體就固化。成型開始時(shí),工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度.聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描,即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后.未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度,已成型的層面上又布滿一層樹脂,刮板將粘度較大的樹脂液面刮平,然后再進(jìn)行下一層的掃描,新周化的一層牢周地粘在前一層上,如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢,得到一個(gè)三維實(shí)體模型。
SLA 方法是目前快速成型技術(shù)領(lǐng)域中研究得多的方法.也是技術(shù)上成熟的方法。 SLA 工藝成型的零件精度較高,加工精度一般可達(dá)到 0.1 mm ,原材料利用率近 100 %。但這種方法也有白身的局限性,比如需要支撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。
2、LOM(Laminated Object Manufacturing,LOM)工藝LOM工藝稱疊層實(shí)體制造或分層實(shí)體制造,由美國Helisys公司的Michael Feygin于 1986 年研制成功。LOM工藝采用薄片材料,如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí),熱壓輥熱壓片材,使之與下面已成型的工件粘接。用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框,并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格。激光切割完成后,工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降,與帶狀片材分離。供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸,帶動(dòng)料帶移動(dòng),使新層移到加工區(qū)域。工作合上升到加工平面,熱壓輥熱壓,工件的層數(shù)增加一層,高度增加一個(gè)料厚。再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完。去除切碎的多余部分,得到分層制造的實(shí)體零件。
LOM 工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓,而不用掃描整個(gè)截面。因此成型厚壁零件的速度較快,易于制造大型零件。工藝過程中不存在材料相變,因此不易引起翹曲變形。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用,所以 LOM 工藝無需加支撐。缺點(diǎn)是材料浪費(fèi)嚴(yán)重,表面質(zhì)量差。
3、SLS(Selective Laser Sintering)工藝 SLS工藝稱為選域激光燒結(jié),由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于 1989 年研制成功。 SLS工藝是利用粉末狀材料成型的。將材料粉末鋪灑在已成型零件的上表面,并刮平,用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面,材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起,得到零件的截面,并與下面已成型的部分連接。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后,鋪上新的一層材料粉末,有選擇地?zé)Y(jié)下層截面。
燒結(jié)完成后去掉多余的粉末,再進(jìn)行打磨、烘干等處理得到零件。
SLS工藝的特點(diǎn)是材料適應(yīng)面廣,不僅能制造塑料零件,還能制造陶瓷、蠟等材料的零件,特別是可以制造金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。SLS工藝無需加支撐,因?yàn)闆]有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。
4、3DP (Three Dimension Printing)工藝三維印刷工藝是美國麻省理工學(xué)院E-manual Sachs等人研制的。已被美國的Soligen公司以DSPC(Direct Shell Production Casting)名義商品化,用以制造鑄造用的陶瓷殼體和型芯。
3DP 工藝與SLS工藝類似,采用粉末材料成型,如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連結(jié)起來的,而是通過噴頭用粘結(jié)劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉來上面。
用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低,還須后處理。先燒掉粘結(jié)劑,然后在高溫下滲人金屬,使零件致密化,提高強(qiáng)度。
5 . FDM (Fused Depostion Modeling)工藝 熔融沉積制造( FDM )工藝由美國學(xué)者Scott Crump于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是熱塑性材料,如蠟、 ABS 、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng),同時(shí)將熔化的材料擠出,材料迅速凝固,并與周圍的材料凝結(jié)