四大快速成型工藝和優(yōu)缺點

1、四大快速成型工藝和優(yōu)缺點目前世界上的快速成型工藝主要有以下幾種：一、FDM -熔融堆積工藝絲狀材料選擇性熔覆( Fused Deposition Modeling )快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各 種絲材加熱溶化的成型方法，簡稱 FDM 。絲狀材料選擇性熔覆的原理是，加熱噴頭在計算機的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息，作X-Y 平面運動。熱塑性絲狀材料(如直徑為 1.78mm 的塑料絲)由供絲機構(gòu)送至噴頭，并在噴頭中加熱和溶化成半 液態(tài)，然后被擠壓出來，有選擇性的涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成一層薄片輪廓。一層截面成型完成 后工作臺下降一定高度，再進行下一層的熔覆，好像一層

2、層畫出 截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。這種工藝方法同樣有多種材料選用，如 ABS 塑料、澆鑄用蠟、人造橡膠等。這種工藝干凈，易于操作，不 產(chǎn)生垃圾， 小型系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境， 沒有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險。 但仍需對整個截面進行掃描涂覆， 成型時間長。適合于產(chǎn)品設(shè)計的概念建模以及產(chǎn)品的形狀及功能測試。由于甲基丙烯酸ABS ( MABS )材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可采用伽馬射線消毒，特別適用于醫(yī)用。但成型精度相對較低，不適合于制作 結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜的零件。FDM 快速成型技術(shù)的優(yōu)點是：1、制造系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的危險。2、工藝干凈、簡單、易于材作且不產(chǎn)生垃圾。3、可

3、快速構(gòu)建瓶狀或中空零件。4、原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和快速更換。5、可選用多種材料，如可染色的ABS 和醫(yī)用 ABS 、澆鑄用蠟和人造橡膠。FDM 快速原型技術(shù)的缺點是：1、精度較低，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。2、垂直方向強度小。3、速度較慢，不適合構(gòu)建大型零件。二、SLA -樹脂光固化工藝光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻(Stereolithography )原理的一種工藝，簡稱 SLA，也是最早出現(xiàn)的、技術(shù)最成熟和應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)。在樹脂液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下會快速固化。成型過程開始時，可升降的工作 臺處于液面下一個截面層厚的高度，聚焦后的激光束，在

4、計算機的控制下，按照截面輪廓的要求，沿液面 進行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂固化，從而得到該截面輪廓的塑料薄片。然后，工作臺下降一層薄片的高 度，以固化的塑料薄片就被一層新的液態(tài)樹脂所覆蓋，以便進行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢固 的粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)不已，直到整個產(chǎn)品成型完畢。最后升降臺升出液體樹脂表面，即可取出工 件，進行清洗和表面光潔處理。光敏樹脂選擇性固化快速成型技術(shù)適合于制作中小形工件，能直接得到塑料產(chǎn)品。主要用于概念模型的原 型制作，或用來做裝配檢驗和工藝規(guī)劃。它還能代替臘模制作澆鑄模具，以及作為金屬噴涂模、環(huán)氧樹脂 模和其他軟模的母模，使目前較為成熟的快速原型工藝。SLA

5、快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。系統(tǒng)一旦開始工作，構(gòu)建零件的全過程完全自動運行，無需專人看管，直到整個工藝過程結(jié)束。2、尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在 0.1mm 以內(nèi)。3、表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺階不平及不同層面間的曲面不平。4、系統(tǒng)分辨率較高，因此能構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件。SLA 快速原型的技術(shù)缺點：1、隨著時間推移，樹脂會吸收空氣中的水分，導(dǎo)致軟薄部分的彎曲和卷翅。2、氦-鎘激光管的壽命僅 3000 小時，價格較昂貴。同時需對整個截面進行掃描固化，成型時間較長，因 此制作成本相對較高。3、可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。由這類樹脂制成的工件在大多

6、數(shù)情況下都不能進行耐久性 和熱性能試驗，且光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。4、需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位。5、光敏樹脂的價格較高。三、SLS -粉末激光燒結(jié)工藝粉末材料選擇性燒結(jié)(Selected Laser Sintering)是一種快速成型工藝，簡稱 SLS。粉末材料選擇性燒結(jié) 采用二氧化碳激光器對粉末材料(塑料粉、陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉等)進行選擇 性燒結(jié)，是一種由離散點一層層堆積成三維實體的工藝方法。 在開始加工之前，先將充有氮氣的工作室升溫，并保持在粉末的熔點以下。成型時，送料筒上升，鋪粉滾 筒移動，先在工作平臺

7、上鋪一層粉末材料，然后激光束在計算機控制下按照截面輪廓對實心部分所在的粉 末進行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結(jié)完成后，工作臺下降一截面層的高度，再鋪 上一層粉末，進行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形成三維的原型零件。最后經(jīng)過5-10 小時冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經(jīng)燒結(jié)的粉末能承托正在燒結(jié)的工件，當燒結(jié)工序完成后，取出零件。 粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件，能直接得到塑料、陶瓷或金屬零件，零件的翹曲變形比液態(tài)光 敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對整個截面進行掃描和燒結(jié)，加上工作室需要升溫和冷卻， 成型時間較長。此外，由于受到粉末顆粒大小及激光點的限制，零件的表面一

8、般呈多孔性。在燒結(jié)陶瓷、 金屬與粘結(jié)劑的混合粉并得到原型零件后，須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結(jié)劑，并在孔隙中滲入填 充物，其后處理復(fù)雜。粉末材料選擇性燒結(jié)快速成型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計的可視化表現(xiàn)和制作功能測試零件。由于它可采用各種 不同成分的金屬粉末進行燒結(jié)、 進行滲銅等后處理， 因而其制成的產(chǎn)品可具有與金屬零件相近的機械性能， 故可用于制作 EDM 電極、直接制造金屬模以及進行小批量零件生產(chǎn)。SLS 快速成型技術(shù)的優(yōu)點是：1、與其他工藝相比，能生產(chǎn)最硬的模具。2、可以采用多種原料，例如絕大多數(shù)工程用塑料、蠟、金屬、陶瓷等。3、零件的構(gòu)建時間短，可達到 1in/h 高度。4、無需對零件進行后

9、矯正。5、無需設(shè)計和構(gòu)造支撐。 選擇性燒結(jié)的最大優(yōu)點是可選用多種材料，適合不同的用途、所制作的原型產(chǎn)品具有較高的硬度，可進行 功能試驗。SLS 快速原型技術(shù)缺點是：1、在加工前， 要花近 2 小時的時間將粉末加熱到熔點以下， 當零件構(gòu)建之后， 還要花 5-10 小時冷卻， 然 后才能將零件從粉末缸中取出。2、表面的粗糙度受到粉末顆粒大小及激光點的限制。3、零件的表面一般是多孔性的，為了使表面光滑必須進行后處理。4、需要對加工室不斷充氮氣以確保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。5、該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。四、LOM -薄材疊層實體制造工藝薄材疊層實體制作( Laminated Object

10、Manufacturing )快速成型技術(shù)是薄片材料疊加工藝，簡稱 LOM 。 薄材疊層實體制作是根據(jù)三維 CAD 模型每個截面的輪廓線，在計算機控制下，發(fā)出控制切割系統(tǒng)的指令， 使切割頭作 X 和 Y 方向的移動。供料機構(gòu)將涂有熱溶膠的薄材(如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料薄 材)一段段的送至工作臺的上方。切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓用激光束或其他切割頭對薄材沿 輪廓線將工作臺上的打印材料割出輪廓線，然后，由熱壓機構(gòu)將一層層打印材料壓緊并粘合在一起。可升 降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個打印材料層厚，以便送進、粘合和切割新的 一層打印材料。最后形成由許多小廢料塊

11、包圍的三維原型零件。然后取出，將多余的廢料小塊剔除，最終 獲得三維產(chǎn)品。疊層實體制作快速成型工藝適合制作大中小型原型件，翹曲無變形，尺寸精度較高，成型時間較短，使用 壽命長，制成件有良好的機械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計的概念建模驗證和功能性測試零件。LOM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：1、由于只需要使切割頭沿著物體的輪廓進行切割，無需掃描整個斷面，所以這是一個高速的快速原型工 藝。零件體積越大，效率越高。2、加工后零件可以直接使用，無需進行后矯正。3、無需設(shè)計和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。4、易于使用，無環(huán)境污染。LOM 快速原型技術(shù)的缺點是：1、可實際應(yīng)用的原材料種類較少，目前常用的只是紙和 PVC 塑料，其他薄材正

12、在研制開發(fā)中。2、去除多余的廢料相對比較繁瑣，因此在打印前要設(shè)置好模型剝除切口?？焖俪尚图夹g(shù)的原理、工藝過程成型技術(shù)是近 20 年來制造領(lǐng)域中一個革命性的技術(shù)突破， 它不僅在制造原理上與傳統(tǒng)方法迥然不同， 更重 要的是當前新產(chǎn)品開發(fā)是以市場反應(yīng)為第一晴雨表，產(chǎn)品競爭越來越激烈，應(yīng)用RP 技術(shù)就可以在不開模具的前提下，迅速可以得到產(chǎn)品原型，快速響應(yīng)市場。并且縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。 快速成型屬于離散堆積成型，它將計算機上制作的零件三維模型，進行網(wǎng)格化處理并存儲，對其進行分 層處理，得到各層截面的二維輪廓信息，按照這些輪廓信息自動生成加工路徑，由成型頭在控制系統(tǒng)的控 制下，選擇性地固化或切

13、割一層層的成型材料，形成各個截面輪廓薄片，并逐步順序疊加成三維坯件然 后進行坯件的后處理，形成零件。快速成型的工藝過程具體如下：l ）產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建。由于 RP 系統(tǒng)是由三維 CAD 模型直接驅(qū)動，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三 維 CAD 模型。該三維 CAD模型可以利用計算機輔助設(shè)計軟件（如 Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn) 品的二維圖樣進行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實體進行激光掃描、三維反求、 CT 斷層掃描，得到點 云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來構(gòu)造三維模型。2 ）三維模型的近似處理。由于產(chǎn)品往往有一些不規(guī)則的自由曲

14、面，加工前要對模型進行近似處理，以方 便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。由于 STL 格式文件格式簡單、實用，目前已經(jīng)成為快速成型領(lǐng)域的準標準接口文 件。它是用一系列的小三角形平面來逼近原來的模型， 每個小三角形用 3 個頂點坐標和一個法向量來描述， 三角形的大小可以根據(jù)精度要求進行選擇。STL 文件有二進制碼和 ASCll 碼兩種輸出形式， 二進制碼輸出形式所占的空間比 ASCII 碼輸出形式的文 件所占用的空間小得多， 但 ASCII 碼輸出形式可以閱讀和檢查。 很多 CAD 軟件都帶有轉(zhuǎn)換和輸出 STL 格 式文件的功能。3 ）三維模型的切片處理。根據(jù)被加工模型的特征選擇合適的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定 間隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的輪廓信息。間隔一般取0.05mm0.5mm ， 常用 0.1mm 。間隔越小，成型精度越高，但成型時間也越長，效率就越低，反之則精度低，但效率高。4 ）成型加工和模型精度。根據(jù)模型文件切片處理的截面輪廓