先進(jìn)制造工藝(2)

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1、現(xiàn)代制造技術(shù)先進(jìn)制造工藝主要內(nèi)容發(fā)展現(xiàn)狀特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)超高速超精密加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)主要內(nèi)容快速原型制造技術(shù)概述幾種典型快速原型制造技術(shù)立體印刷（SLA）分層實(shí)體制造（LOM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）熔融沉積成型（FDM）快速原型制造技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用快速原型制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.快速原型制造技術(shù)概述（1）產(chǎn)生背景傳統(tǒng)的成形方法去除成形（切削、磨削、電火花加工、激光加工，等）受迫成形（鑄造、鍛壓、注塑成型、粉末冶金，等）生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)品成形提出了新的要求新產(chǎn)品開發(fā)速度：快速響應(yīng)市場(chǎng)制造技術(shù)的柔性：適應(yīng)產(chǎn)品的多品種、小批量CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)等的發(fā)展為新

2、的制造技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)20世紀(jì)80年代后期產(chǎn)生了快速原型制造技術(shù)，最早出現(xiàn)于美國(guó)，并迅速擴(kuò)展到日本及歐洲，成為近20年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。（2）內(nèi)涵快速原型制造技術(shù)（RapidPrototypeManufacturing，RPM）：又稱為快速成型技術(shù)，是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)、快速制造任意形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱?？焖僭椭圃旒夹g(shù)綜合利用了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、激光技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠快速實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體制造的過程。它可以在無需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝夾具的情況下，直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。（3）基本原理任何三

3、維零件都可以看作是許多二維平面沿某一坐標(biāo)方向疊加而成的。（離散——堆積）RPM技術(shù)的基本原理：利用CAD軟件，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型或?qū)嶓w模型；利用切片軟件，將CAD模型離散化，即沿某一方向分層切片，分割成許多層面，獲得各層面的輪廓數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)分層信息的控制下，通過一定的手段和設(shè)備，順序加工出各層面的實(shí)體輪廓形狀；通過熔合、粘結(jié)等手段，使獲得的各實(shí)體層面逐層堆積成一體，從而快速制造出所要求形狀的零部件或模型。即采用“分層制造，逐層疊加”的“增長(zhǎng)法”成型工藝3DCAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換切片分層層加工快速原型成品（4）RPM技術(shù)的步驟快速原型制造技術(shù)可歸納為以下三個(gè)過程：前處理過程：包括工件

4、三維模型的建立、STL文件的轉(zhuǎn)換、成形方向的選擇及三維模型的切片分層處理。分層疊加成形過程：是快速成型技術(shù)的核心，包括成型材料、物理原理及設(shè)備的選擇；模型各層面輪廓的制作與疊合。后處理過程：工件的剝離、固化、修補(bǔ)、打磨、拋光、表面強(qiáng)化處理等。CAD模型轉(zhuǎn)換為STL格式：即以三角網(wǎng)絡(luò)的形式逼近工件曲面與輪廓2.幾種典型快速原型制造技術(shù)現(xiàn)有的RPM工藝有30多種，根據(jù)采用材料及對(duì)材料處理方式的不同，可歸納為5類：即選擇性液體固化、選擇性層片粘接、選擇性粉末熔結(jié)、擠壓成形、噴墨印刷。目前國(guó)內(nèi)外幾種典型的商品化RPM技術(shù)主要有：立體印刷（SLA）分層實(shí)體制造（LOM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）熔融沉

5、積成型（FDM）（一）立體印刷成型（StereoLithographyApparatus，SLA）SLA是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)，是目前RPM領(lǐng)域中研究最多、技術(shù)最成熟的方法。成形介質(zhì)：液態(tài)光固化樹脂（光敏樹脂），如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等。成形手段：利用一定劑量的紫外激光照射液態(tài)光固化樹脂，使樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，迅速固化成型各層面。成形機(jī)組成：液槽、可升降工作臺(tái)、激光器、掃描系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)SLA工藝原理圖升降工作臺(tái)SLA成型過程SLA技術(shù)的特點(diǎn)：成型速度較快；成型精度較高，目前可達(dá)±0.1mm；成型制件的性能相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用來制作高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。S

6、LA技術(shù)的局限性：成形過程中有時(shí)需要支撐；樹脂收縮易導(dǎo)致零件精度下降；光敏樹脂有一定的毒性，不符合綠色制造要求。應(yīng)用舉例：（二）分層實(shí)體制造（LOM—LaminatedObjectManufacturing）LOM是通過激光逐層剪切薄紙等片材制造零件層輪廓的一種快速原型制造技術(shù)。成形介質(zhì)：箔材（陶瓷箔、金屬箔等）、紙、塑料膜等片材成形手段：激光剪切薄片材料獲得層面輪廓，將獲得的層片通過熱粘結(jié)逐層粘接成三維實(shí)體。成形機(jī)組成：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、熱粘結(jié)機(jī)構(gòu)、可升降工作臺(tái)等。LOM工藝原理圖工件原材料疊加新一層材料熱壓輥新一層材料熱粘壓材料層工作臺(tái)下降激光束激光切割

7、LOM成型過程每層切割后的狀況廢料片材產(chǎn)品和LOM成型后的制件LOM成型技術(shù)的特點(diǎn)：成形速度快（如激光成型速度達(dá)650mm/s）；成型件強(qiáng)度高（如有的片材厚度0.08～0.15mm），有的紙制產(chǎn)品與木模強(qiáng)度相近，可進(jìn)行鉆削等機(jī)加工；成型過程較簡(jiǎn)單，成本低；不需要支撐，可成型大型零件；無污染，適宜辦公室環(huán)境使用；主要用于快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。應(yīng)用舉例——LOM技術(shù)快速成型鑄造木模：應(yīng)用舉例——LOM技術(shù)快速