机械制造
当前位置 :首页机械工程机械制造

快速成型工艺介绍

来源: 作者: 时间:2010-04-27 点击:

  1.RP技术简介
快速原型制造技术,又叫快速成形技术,(简称RP技术);
英文:RAPID PROTOTYPING(简称RP技术),或
RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,简称RPM。  
快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来,已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用,并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加", 类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
RP技术的优越性显而易见:它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下,直接接受产品设计(CAD)数据,快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此,RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法",由有模制造到无模制造,这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。  
  2、它具体是如何成形出来的呢?
形象地比喻: 快速成形系统相当于一台"立体打印机"。
它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下,快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度,这个过程一般需要1~7天的时间。换句话说,RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。
  3、RP系统的基本工作原理:
RP系统可以根据零件的形状,每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面,然后再把它们逐层粘结起来,就得到了所需制造的立体的零件。当然,整个过程是在计算机的控制下,由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同,系统的工作原理也有所不同,但其基本原理都是一样的,那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片;整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理是:将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据,计算机据此信息控制激光器(或喷嘴)有选择性地烧结一层接一层的粉末材料(或固化一层又一层的液态光敏树脂,或切割一层又一层的片状材料,或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂)形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体,再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体,便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来,已经有十几种不同的成形系统,其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下:
(1)SLA快速成形系统的成形原理:
成形材料:液态光敏树脂;
制件性能:相当于工程塑料或蜡模;
主要用途:高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(2)SLS快速成形系统的成形原理:
成形材料:工程塑料粉末;
制件性能:相当于工程塑料、蜡模、砂型;
主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(3)LOM快速成形系统的成形原理:
成形材料:涂敷有热敏胶的纤维纸;
制件性能:相当于高级木材;
主要用途:快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
(4)FDM快速成形系统的成形原理:
成形材料:固体丝状工程塑料;
制件性能:相当于工程塑料或蜡模;
主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
 4、应用RP技术的重要意义
大大缩短新产品研制周期,确保新产品上市时间;
------使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍;
提高了制造复杂零件的能力;
------使复杂模型的直接制造成为可能;
显著提高新产品投产的一次成功率;
------可以及时发现产品设计的错误,做到早找错、早更改,避免更改后续工序所造成的大量损失;
支持同步(并行)工程的实施;
------使设计、交流和评估更加形象化,使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行;  
支持技术创新、改进产品外观设计;
------有利于优化产品设计,这对工业外观设计尤为重要。
成倍降低新产品研发成本;
------节省了大量的开模费用
快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产,使新产品上市时间大大提前,迅速占领市场。  
总而言之,RP技术是九十年代世界先进制造技术和新产品研发手段。在工业发达国家,企业在新产品研发过程中采用RP技术确保研发周期、提高设计质量已成为一项重要的策略。当前,市场竞争愈演愈烈,产品更新换代加速。要保持我市产品在国内外市场的竞争力,迫切需要在加大新产品开发投入力度、增强创新意识的同时,积极采用先进的创新手段。RP技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下,可实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。用RP技术快速制造出的的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货等,非常有利于优化产品设计,从而大大提高新产品开发的一次成功率,提高产品的市场竞争力,缩短研发周期,降低研发成本。快速原型制造技术生产力促进中心的成立为本市企业应用RP技术开展产品创新活动提供了很好的前提条件。  

   5、快速成型技术分类
   目前的国内快速成型主要分为以下五大类,国产的进口的设备都有。  
◆立体光固化(SLA)  
SLA 法是最早商品化、市场占有率最高的RP技术,它以光敏树脂为原料,计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描,使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。一层固化完毕后,工作台下移一个层厚的距离,以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂,然后就可进行下一层的扫描加工。新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此反复直到整个原型制造完毕。 
这种成型的产品对贮藏环境有很高的要求,温度过高会融化。还有高紫外线等等的制约,耗材的价格也不便宜!成型时需要支撑,但是成型的表面质量可以。精度高。生产效率较高,运营成本较高,设备费用较贵。材料利用率约100%。适合医学,电子,汽车,鞋业,消费品,娱乐等等。 
◆叠层法(LOM)  
LOM法出现于1985年。首先在基板上铺上一层箔材(如纸张),然后用一定功率的红外激光在计算机的控制下按分层信息切出轮廓,同时将非零件部分按一定的网格形状切成碎片以便去除,加工完一层后,再铺上一层箔材,用热辊碾压,使新铺上的一层在粘接剂的作用下粘在已成型体上,再切割该层的形状,如此反复直至加工完毕。最后去除切碎的多余部分,便可得到完整的零件。  
这种技术是最早使用于RP市场,我对它的了解不是很多,但是本人的感觉比较浪费材料。成型的精度也不是太高。不需要支撑。生产效率较低,运营成本较低,设备费用较便宜。适合的行业有限。 
◆激光选区烧结法(SLS)  
SLS法采用红外激光器作能源,使用的造型材料多为粉末材料。加工时,首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平;激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去掉多余的粉末,则就可以得到一烧结好的零件。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉,用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。  
在成型的过程中因为是把粉末烧结,所以工作中会有很多的粉状物体污染办公空间,一般设备要有单独的办公室放置。另外成型后的产品是一个实体,一般不能直接装配进行性能验证。另外产品存储时间过长后会因为内应力释放而变形。对容易发生变形的地方设计支撑,表面质量一般。生产效率较高,运营成本较高,设备费用较贵。能耗通常在8000瓦以上。材料利用率约100%。 
◆融熔沉积法(FDM)  
FDM法是1988年发明的。喷头中喷出的熔化材料在X-Y工作台的带动下,按截面形状铺在底板上,一层一层加工,最终制造出零件。商品化的FDM设备使用的材料范围很广,如铸造石蜡、尼龙、热塑性塑料、ABS等。此外为提高效率可以采用多个喷头。现阶段又开发来水溶性支撑,大大的提高了成型后处理的速度和可行度! 
该成型机是目前市场上占有量最大的,成型的便面质量很好,可以直接进行装配和性能验证。耗材是PC,ABS,原厂耗材价格也不便宜。成型后产品可以支持再加工。需要支撑。生产效率较低,运营成本一般,设备费用便宜。总体材料利用率约100%。适用医学,设计研发,教学及研究机构,航空航天,家电以及大地测量。 
◆黏合剂粘结法(3D-P三维打印)  
3D-P三维打印是利用喷头喷粘结剂选择性粘结粉末成型。首先铺粉机构在加工平台上精确地铺上一薄层粉末材料,然后喷墨打印头根据这一层的截面形状在粉末上喷出一层特殊的胶水,喷到胶水的薄层粉末发生固化。然后在这一层上再铺上一层一定厚度的粉末,打印头按下一截面的形状喷胶水。如此层层叠加,从下到上,直到把一个零件的所有层打印完毕。然后把未固化的粉末清理掉,得到一个三维实物原型。 
这个最早是麻省理工大学研制的,耗材很便宜,一般的石膏粉都可以,成型的速度快,因为是粉末粘合在一起,所以表面比较粗糙,强度也不高。不需要支撑。可以全彩色成型样件。适合行业也很有限,一般教育,和大地地貌,楼盘设计。

 

上一篇: 已经是第一篇
下一篇:
最新评论共有 位网友发表了评论
发表评论
用户名: 密码: 游客发言不需要密码