快速成形技术在快速模具制造中的应用.docxVIP

PAGE 1 PAGE 1 快速成形技术在快速模具制造中的应用  快速成形技术是20世纪80年月发展起来的一种集计算机辅助设计、精密机械、数控、激光技术和材料科学为一体的全新制造技术。由于其高度柔性和快速性，得到了广泛的研究和应用。以快速成形为技术支撑的快速模具制造作为缩短产品开发时间及模具制作周期的先进制造技术已成为当前的重要研究课题和制造业核心技术之一。本文介绍了立体光刻技术、薄材叠层成形、选区激光粉末烧结、熔融沉积成形等快速成形典型工艺方法，阐述了用快速成形技术直接、间接制造金属模具和非金属模具的原理、工艺和研究现状，并对快速成形技术在模具制造中的应用前景作了展望  1引言  快速成形技术(RPM)是利用离散/积累原理(如凝固、胶接、焊接、烧结、聚合或其他化学反应)来制造零件的。其工作过程是通过离散获得积累的路径、限制和方式，通过积累将材料"叠加"起来形成三维实体。首先在CAD造型系统中获得一个三维CAD模型或通过测量仪器测取零件实体的外形和尺寸，将其转化成CAD模型;其次将CAD模型进行数据处理，沿某一方向(通常为Z向)将CAD模型离散化，进行平面切片分层。然后将离散得到的分层信息与成形工艺参数信息相结合，转换为掌握成形机工作的数控代码，通过专用的CAM系统掌握材料有规律地、精确地叠加起来(积累)而成一个三维实体制件。可见，从成形学角度来看，快速成形技术是采用的"积累成形"方式。从数学角度来看，快速成形技术的工作过程也可以看作是一个微分与积分的过程。从材料形态变化角度来看，快速成形技术是一个材料物质分解与组合的过程。所以快速成形技术是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控、激光技术和材料科学为一体的新技术。与传统的制造方法有着本质的区分。由于RPM技术在制造产品过程中不会产生废弃物(如切屑冷却润滑液等)造成环境污染，所以，也是一种绿色制造技术。由于RPM采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性RPM为技术支撑的快速模具制造RT也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新奇、奇怪、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。所以，工业发达国家已将RPM/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。  2典型快速成形工艺方法介绍  设计者将零件的物理模型通过三维CAD造型，或三维数字化转化为零件的三维设计CAD模型，然后再对模型数据进行处理，用分层软件对其进行分层切片，沿某一方向进行平面"分层"离散化，得到各层截面轮廓。据此，快速成形系统的成形按选择固化方式(立体光刻法、粉末烧结法、薄层积累法、熔融沉积和三维打印)进行积累成形。目前各种RPM方法有很多种，但较常用的主要有SLA,LOM,SLS,FDM,TDP等原理的快速造型系统。  2.1立体光刻技术  SLA的工作原理如图1所示，是以液态光敏树脂(例如一种特别的环氧树脂)为造型材料，采用紫外激光器为能源:一种是氦一福激光器(波长325nm，功率15~50MW)，另一种是氨离子激光器(波长351~365nm，功率100~500MW)，激光束光斑大小为0.05~3mm。由CAD设计出三维模型后将模型进行水平切片，分成为成千上万个薄层，生成分层工艺信息，按计算机所确定的轨迹，掌握激光束的扫描轨迹，使被扫描区域内的液态光敏树脂固化，形成一层薄固体截面后，升降机构带动工作台下降一层高度，其上复盖另一层液态光敏树脂，接着进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固地粘在前一层上，就这样逐层叠加直到完成整个模型的制作。一般每个薄层的厚度0.07~0.4mm，模型从树脂中取出后，进行最终硬化处理加以打光、电镀、喷漆或着色等即可。  2.2薄材叠层成形技术  薄材叠层成形技术是通过对原料纸进行激光切割与粘合的方式来形成零件的。如图2所示，其工艺是先将单面涂有热熔胶的纸通过加热辊加压粘结在一起，此时位于其上方的激光器根据分层CAD模型所获得的数据，将一层纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置，将下面已经切割的层粘合在一起，激光再次进行切割。切割时工作台连续下降，切割掉的纸片仍留在原处，起支撑和固化作用，纸片的一般厚度为0.07~0.1mm。该方法特点是成形速率高，成本低廉。  2.3选区激光粉末烧结技术  选择性激光烧结(SLS)的成形方法是。在层面制造与逐层积累的过程中，用激光束有选择地将可熔化粘结的金属粉末或非金属粉末