快速成型技術論文(2)
快速成型技術論文
快速成型技術論文篇二
快速成型技術及其在微機械制造中的應用
【摘要】速成型技術它全方位的提供了一種可測量，可觸摸的手段，是設計者，制造者與用戶之間的新媒體，在集成制造及微機制造中應用廣泛，大大縮短了新產品制造以及成本的費用，受到國內外的廣泛關注。本文概述了快速成型技術的基本原理以及在集成制造：產品設計、制模、鑄造等方面的應用及其快速成型技術在微機制造中的應用。
【關鍵字】快速成型技術，微機制造，應用
中圖分類號： TH16 文獻標識碼： A 文章編號：
一.前言
快速成形技術又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術?？焖俪尚渭夹g與虛擬制造技術一起，被稱為未來制造行業(yè)的兩大支柱制造技術，它全方位的提供了一種可測量，可觸摸的手段，是設計者、制造者與用戶之間的新媒體，其核心是基于數(shù)字化得新形成型制造技術，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵??？焖俪尚渭夹g就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型，被稱為是近20年來制造技術領域的一次重大突破。
二.快速成型的基本工作原理
快速成型能根據(jù)零件的形狀，將制作成的一個個微小厚度和特定形狀的截面逐層粘結起來，然后得到了所需制造的立體的零件。與傳統(tǒng)的成型加工方法不同，利用RPMM加工零件，可以不需要刀具和模具，利用光熱電等方式，通過物理作用，完成從液粉末態(tài)到實體狀態(tài)的過程，當然，如果成形材料不一樣，RPMM系統(tǒng)的工作原理也會有些不同，但基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層疊加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”或“加法”。每個截面數(shù)據(jù)相當于醫(yī)學上的一張CT像片;整個制造過程可以比喻為一個“積分”的過程(見圖1)。
圖1 快速成型系統(tǒng)工作原理分析圖
快速成形制造技術綜合采用CAD技術，數(shù)控技術，激光加工技術和材料技術實現(xiàn)從零件設計到三維實體原型制造一體化的系統(tǒng)技術，它采用軟件離散，材料堆積的原理實現(xiàn)零件的成形，具體制造過程為;構造三維實體模型;近似處理三維模型生成;選擇成形方向;處理切片;三維產品樣件;表面處理?？焖俪尚渭夹g基于離散堆積的原理，在計算機的控制下，采取不同的方法堆積材料來完成各種零件的成形和制造。從零件的成形角度來看，可以分為“點”、“面”，根據(jù)一定的規(guī)則將點面堆積，就可以形成零件。從零件的制造角度來看，它是按照CAD造型來生成信息，控制多維系統(tǒng)，通過一定的方法堆積材料，最終形成零件?？焖俪尚蜗到y(tǒng)相當于一臺“立體打印機”。具體如圖所示：(圖2)
圖2 快速成型技術體系
三.快速成型技術步驟及特點
1.不同于傳統(tǒng)的去除成形技術，快速成型技術是一種離散堆積的成形過程，可以分成數(shù)據(jù)處理(離散)和物理實現(xiàn)(堆積) 兩個加工過程。在數(shù)據(jù)處理中，沿一定方向將三維形體的CAD模型分解，得到一系列截面數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同工藝的具體要求，獲得控制成形頭運動的軌跡;在物理實現(xiàn)中，成形頭在運動軌跡的控制下，加工出層片，并堆積、連接各個層片，重復上述兩個個過程就可以加工出零件。當前所有的RPMM的成形方法大體上都是按照下面的步驟進行的：
(一)利用三維建模設計軟件(如：Pro/E, Solid Works, Unigraphics，AutoCAD等)設計和構建3D CAD模型，然后輸出為STL格式的文件。(如圖3-4所示為建模技術先后模型 )
(二)RPM設備的處理軟件對。STL文件進行分層處理;
(三)RPM設備對分層處理好的數(shù)據(jù)模型進行實體制造，加工生成了第一個物理層后，模型降低一個層高以便生成另一層，循環(huán)往復，直到生成整個模型; (四)模型和支撐材料取出后，按照要求進行適當?shù)谋砻嫣幚?，包括去除支撐材料，清潔，打磨，噴漆等?/p>
圖3 CAD模型圖4 STL模型
2.快速成型技術的特點?？焖俪尚图夹g具有以下幾個主要特點：
加工的周期短，成本低，成本與產品復雜程度無關，一般制造費用比較低;可實現(xiàn)高度的技術集成及設計制造一體化;制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用。
四.快速成形技術的應用
快速成型技術在工業(yè)和高端制造業(yè)明顯優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。如：模具制造，將快速成型制造技術與傳統(tǒng)的模具制造技術相結合，可以縮短模具制造的時間，提高生產效率。在醫(yī)學領域，人們可以利用醫(yī)學影像數(shù)據(jù)結合快速成型技術制作人體器官模型。在文化領域的應用，快速成形制造技術可以用于數(shù)字雕塑、文物復制等。在航空航天領域，利用快速成形技術，根據(jù)CAD模型，完成空氣動力學地面模擬實驗。在國內的家電行業(yè)上快速成形系統(tǒng)也應用較為普及，如：美的、小天鵝、海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產品，收到了很好的效果。
五.快速成型技術在微機械制造中的應用
RPM正逐步朝著復合成型的方向快速發(fā)展，也就是不用裝配就能一次制造出具有很多種材料、形狀復雜的零件。這種把材料制備和結構成型一體化的快速成型方法，將為開發(fā)復合結構成型提供新途徑，在微機械、電子元器件、電子封裝、傳感器等領域有著廣泛的應用前景。我們研制的微機械快速成型系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了快速成型與微機械制造兩種高新技術的結合。微機械快速成型系統(tǒng)主要由建模切片軟件子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、機械傳動子系統(tǒng)、光學子系統(tǒng)等組成。其工作原理等同一般快速成型技術。微機械快速成型系統(tǒng)的特點主要有:
1.采用約束液面式的加工方法。
固化層片堆積的方向是向下，而不是向上。圖6a為一般光造型技術采用的自由液面式，圖6b為約束液面式。約束液面式不需使用刮平樹脂液面的機構就可以提高制作零件的精度，同時也使制作時間大大的縮短。因為窗板與樹脂固化物分離性小，所以窗板表面需要進行一定的處理。在進行了關于表面處理的分離性評價實驗的基礎上，考慮到透明性、強度以及耐熱性的要求，選擇了含有氟樹脂的材料涂覆在窗板表面上。
圖6 光造型技術兩種加工方式
2.采用CAD直接法
CAD模型建造完以后，不必轉化為STL文件格式，可以直接在CAD系統(tǒng)內對該模型進行切片。這一方法可以避免所有小三角形平面逼近而產生的逼近誤差，非常適合于微機械制造。
3.小固化單元，高加工分辨率。本系統(tǒng)采用光譜極窄(0.1nm)、發(fā)散角極小的氮分子激光器，激光經光學子系統(tǒng)調制后得到極微細的光束，該光束隨著工作臺的運動而逐點、逐線、逐面地固化液態(tài)光敏樹脂。這種樹脂的固化顆粒小，從而保證了高加工分辨率應具有小固化單元的要求。
六.結束語
快速成型從誕生到現(xiàn)在，獲得了迅速的發(fā)展，但任何新產品都有一個逐漸完善與發(fā)展的過程，因此RPM技術必將在現(xiàn)在的基礎上，不斷研發(fā)出新工藝、新材料及其他的相關技術，朝著精密化、低成本、標準化方向發(fā)展，并應以能直接生產半功能性、功能性零件為目標。如今快速成形已經成熟的應用于集成制造領域，隨著快速成形技術的發(fā)展與完善，它將會在微機制造領域得到更多的應用。
參考文獻：
[1] 蔣志強，機械工業(yè)先進制造技術機電系統(tǒng)技術快速成形技術[M].北京：化學工業(yè)出版社.2007
[2] 孔慶華.當代先進制造技術概論[M].上海：同濟大學出版社，2008
[3] 王金鳳.先進制造技術[M]. 北京：科學工業(yè)出版社，2006
[4] 愛華貝爾斯.快速先進導論應用與分析[H].北京：機械工業(yè)出版社，2005
[5] 楊貴學.快速成型技術產品開發(fā)[L].機械與電子，2009(4)
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