快速成型技術(shù)及原理

1、RP技術(shù)簡(jiǎn)介快速原型制造技術(shù)，又叫快速成形技術(shù),（簡(jiǎn)稱 RP技術(shù)）；英文：RAPID PROTOTYPING （簡(jiǎn)稱 RP 技術(shù)），或RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING ，簡(jiǎn)稱 RPM ?？焖俪尚停≧P）技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為制造業(yè)企 業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)，對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用。自該技術(shù)問世以來，已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家的制造 業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。RP技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng) 技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)

2、展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是 "分層制造，逐層疊加"，類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是- -臺(tái)"立體打印機(jī)"。RP技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。RP技術(shù)的基本原理是：將計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)據(jù)此信息控制激光器（或 噴嘴）有選擇性地?zé)Y(jié)一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態(tài)光敏樹脂， 或切割一層又一層的片狀材料，或噴

3、射一層又一層的熱熔材料或粘合劑）形成一系列 具有一個(gè)微小厚度的的片狀實(shí)體，再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一 體，便可以制造出所設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品樣件、模型或模具?？焖俪尚蜋C(jī)的工藝立體光刻成型sla層合實(shí)體制造lom熔融沉積快速成型fdm激光選區(qū)燒結(jié)法 SLS多相噴射固化mjs多孔噴射成型mjm直接殼法產(chǎn)品鑄造dspc激光工程凈成型lens選域黏著及熱壓成型SAHP層銖工藝lmp分層實(shí)體制造som自美國3D公司1988年推出第一臺(tái)商品SLA快速成形機(jī)以來，已經(jīng)有十幾種不同的成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分別介紹如下：（1 ） SLA （光固化成型

4、法）快速成形系統(tǒng)的成形原理：成形材料：液態(tài)光敏樹脂；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃恢饕猛荆焊呔人芰霞?、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。? ） SLS （激光選區(qū)燒結(jié)法）快速成形系統(tǒng)的成形原理：成形材料：工程塑料粉末；制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)！⑸靶?；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。? ） LOM （疊層實(shí)體制造法）快速成形系統(tǒng)的成形原理：成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能：相當(dāng)于高級(jí)木材；主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。（4 ） FDM （熔融沉積法）快速成形系統(tǒng)的成形原理：成形材料：固體絲狀工程塑料；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：塑料件、鑄造

5、用蠟?zāi)?、樣件或模型。黏合劑粘結(jié)法（3D-P三維打?。?D-P三維打印是利用噴頭噴粘結(jié)劑選擇性粘結(jié)粉末成型。首先鋪粉機(jī)構(gòu)在加工平臺(tái)上 精確地鋪上一薄層粉末材料，然后噴墨打印頭根據(jù)這一層的截面形狀在粉末上噴出一層特殊 的膠水，噴到膠水的薄層粉末發(fā)生固化。然后在這一層上再鋪上一層一定厚度的粉末，打印頭按下一截面的形狀噴膠水。如此層層疊加，從下到上，直到把一個(gè)零件的所有層打印完畢。 然后把未固化的粉末清理掉，得到一個(gè)三維實(shí)物原型。免費(fèi)開源的快速成型機(jī)項(xiàng)目 l.reprap 2.fabathome 3.CupCakeCNC上面3個(gè)是免費(fèi)開源的快速成型機(jī)項(xiàng)目，開放包括源代碼在內(nèi)的所有資料， 完全可以手工自

6、己造出一臺(tái)來。reprapreprap是由英國巴恩大學(xué)的 Adrian Bowyer 等人，設(shè)計(jì)制作的一種3D立體打印機(jī)它與傳統(tǒng)的平面打印機(jī)不同的是，它打印的都是立體的物件而不是平面的，它的打印原料使用的也不是普通的墨汁，而abs塑料，聚已酸內(nèi)酯，等等.reprap最初的設(shè)計(jì)目的是為了一個(gè)很科幻的目的，不停的復(fù)制它自己，但現(xiàn)在它只能復(fù)制自己60%左右，還只是部分機(jī)械零件.這也是它的名字的由來-RepRap is short forReplicating Rapid-prototyper 快速復(fù)制原型.reprap也可以用來制造它自己零件以外的東西，列如門把手，掛衣鉤，酒杯等.reprap現(xiàn)在是

7、開源的設(shè)計(jì)，誰都可以去它的網(wǎng)站下載設(shè)計(jì)資料，包括電路與機(jī)械部分，還有軟件的源代碼.reprap現(xiàn)在能用的版本有3個(gè).簡(jiǎn)單的是 RepStrap "Seedling"，稍微復(fù)雜點(diǎn)的是RepRap "Darwin"，第三個(gè)版本叫做"孟德爾（Mendel）"，已經(jīng)發(fā)布了，現(xiàn)在可以下載相關(guān)的資料了。 .Darwin現(xiàn)在還在不停的更新設(shè)計(jì)reprap的工作原理是（這里是以塑料為原料的Darwin 來說明，還有激光版的），把原料加熱，一層一層的抹出一個(gè)物體，可能需要后期手工修飾.Fabberfabber，是一個(gè)免費(fèi)的開源的快速成型機(jī)的名字，任何人

8、都可以去他們的網(wǎng)站fabathome.下載，制做快速成型機(jī)fabber的資料。右邊圖就是 fabber現(xiàn)在fabber有兩個(gè)快速成型機(jī)的版本，The Model 1 is the original FabHome fabber ,.與Model 1 2-Syringe System ,這兩個(gè)系統(tǒng)最明顯的不同是一個(gè)是單擠出機(jī)頭，一個(gè)是雙擠出機(jī)頭。擠出機(jī)可以想象成一個(gè)打印機(jī)的打印 頭，不過這個(gè)打印頭打出來的是立體的物體。擠出機(jī)使用的原料也是多種多樣，從巧克力到氣凝膠，只要能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)凝固的東西都可 以用。忘了說，擠出機(jī)現(xiàn)在用的是注射器，由電腦通過控制步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)，來推動(dòng)注射器，擠出各種原料

9、。fabber的外殼是由亞克力塑料（有機(jī)玻璃），經(jīng)過激光雕刻機(jī)切割出來的，可以去廣告公司訂做，樣本資料在fabathome 有下載，其他零件參數(shù)也都有。1CupCakeCNCCupCakeCNC 是一種 快速成型機(jī) 的名字,見右圖。它是免費(fèi)開源的，只要去它 的網(wǎng)站makerbot 1就可以下載 CupCakeCNC 的設(shè)計(jì)資料，仔細(xì)找。CupCakeCNC與快速成型機(jī) reprap是同門，兩者使用的控制軟件與電路部分基本相同，甚至現(xiàn)在reprap的擠出機(jī)設(shè)計(jì)還參考了CupCakeCNC 的輪式擠出機(jī)的設(shè)計(jì)。CupCakeCNC的外殼是用膠合板經(jīng)過激光雕刻機(jī)切割出來的。CupCakeCNC 的擠

10、出機(jī)類似打印機(jī)的打印頭，不過它打印出來的是3維立體的物體，它使用的原料是，樹脂，塑料等。CupCakeCNC現(xiàn)在在歐美已經(jīng)廣泛被大學(xué)生，藝術(shù)家，航模愛好者采用，因?yàn)镃upCakeCNC 本身比較容易制造，它打印出的物體精度尚可。Z Corporation是世界上速度最快的 3D打印機(jī)的開發(fā)商、制造商和營銷商。具有2D桌 面打印的速度，且具有便捷性，可用來制作真實(shí)世界的3D實(shí)體成型。盡管價(jià)格昂貴，但是頗受歡迎。領(lǐng)先的制造商、財(cái)富500 (Fortune 500)公司以及許多研究中心都依賴Z Corp.的打印機(jī)來制作成型，從而開發(fā)出一系列世界級(jí)的產(chǎn)品和技術(shù)。Z Corp.系統(tǒng)不僅是目前的市場(chǎng)上速度

11、最快的3D打印機(jī)，而且也是唯一能提供彩色3D打印功能的系統(tǒng)。Z Corporation的三維打印機(jī)實(shí)惠于那些需要彩色打印件的用戶。而Dimension打印機(jī)則更適合那些需要打印物件更精確、更耐久的用戶。Dimension打印機(jī)基于 ABS材料的零件，可以反復(fù)地進(jìn)行形狀試驗(yàn)、裝配和功能試驗(yàn)。如果顧客需要完全免動(dòng)手的便利，還可選擇利用可溶性支撐去除系統(tǒng)的Dimension SST。它操作簡(jiǎn)單，插入自動(dòng)裝載的材料盒，然后按照控制面版的提示操作，3D打印就會(huì)通過 Dimension或Dimension SST慢慢展示在你的眼前。該產(chǎn)品用途廣泛，如外形設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試等；成型最大尺寸為203x203x3

12、05毫米； 自動(dòng)上料盒內(nèi)含 922立方厘米材料或支撐材料；設(shè)備尺寸大小是686x914x1041毫米；重量達(dá)136千克?？焖俪尚蜋C(jī)品牌Z CorpCONTEXZ Corp ZPrinter 310 Plus ¥ 40 萬Z Corp ZPrinter 650 ¥ 90 萬Z Corp ZPrinter 510¥90萬Z Corp ZPrinter 450¥60萬Z Corp ZPrinter 350¥50萬CONTEX DESIGNmate Cx¥50萬RP技術(shù)的應(yīng)用RP技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：(1) 在新產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過

13、程中的應(yīng)用快速成形技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)人員建 立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。(2) 在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于RP技術(shù)自身的特點(diǎn)，使得其在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。有些特殊復(fù)雜制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少于50件的小批量，一般均可用RP技術(shù)直接進(jìn)行成型，成本低，周期短。(3) 快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，成本高。將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計(jì)與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。快速成形技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用RP技術(shù)直接堆積制造出模具，間接

14、制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。(4) 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來，人們對(duì) RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用RP技術(shù)制作人體器官模型，對(duì)外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價(jià)值。(5) 在文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在文化藝術(shù)領(lǐng)域，快速成形制造技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng)作、 文物復(fù)制、數(shù)字雕塑等。(6) 在航空航天技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中，空氣動(dòng)力學(xué)地面模擬實(shí)驗(yàn)(即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn))是設(shè)計(jì)性能先進(jìn)的天地往返系統(tǒng) (即航天飛機(jī))所必不可少的重要環(huán)節(jié)。 該實(shí) 驗(yàn)中所用的模型形狀復(fù)雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用RP技術(shù)，根據(jù) CAD模型，由 RP設(shè)備自動(dòng)完成實(shí)體模型，能夠很好的保

15、證模型質(zhì)量。(7) 在家電行業(yè)的應(yīng)用目前，快速成形系統(tǒng)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大 程度的普及與應(yīng)用，使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。如：廣東的美的、華寶、科龍； 江蘇的春蘭、小天鵝；青島的海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到 了很好的效果。快速成形技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信，隨著快速成形制造技術(shù)的不 斷成熟和完善，它將會(huì)在越來越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。快速成型技術(shù)的發(fā)展方向從目前RP技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作 主要有以下幾個(gè)方面：(1) 開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無 污染的成形材料。(2) 提高RP系統(tǒng)的加工

16、速度和開拓并行制造的工藝方法。(3) 改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)， 尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功 能實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。(4) 開發(fā)快速成形的高性能 RPM軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用 CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由 STL格式轉(zhuǎn)換和切片處理過程所產(chǎn)生精度損 失。(5) 開發(fā)新的成形能源。(6) 快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新。直接金屬成形技術(shù)將會(huì)成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)。(7) 進(jìn)行快速成形技術(shù)與 CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動(dòng)測(cè)量、 逆向工程的集成研究。（8）提高

17、網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的研究力度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制?？焖俪尚蜋C(jī)理及精度保證體系研究原力技術(shù)網(wǎng)摘要：闡述了 RP技術(shù)的由來和優(yōu)越性，分析了快速成型系統(tǒng)的成型原理，重點(diǎn)分析了一種新型激光熔敷 快速成型系統(tǒng)，介紹了利用 RP技術(shù)的快速性和鑄造工藝的成熟性制造功能性產(chǎn)品的CAE系統(tǒng)，并構(gòu)建了多回路誤差控制及反饋系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：快速成型；成型原理；CAE系統(tǒng)；誤差控制。1. 引言快速原型制造技術(shù)，又叫快速成型技術(shù)；英文： Rapid Prototyping （簡(jiǎn)稱RP技術(shù)），或Rapid Prot typing Manufacturing ，簡(jiǎn)稱 RPM。RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精

18、密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)等基礎(chǔ)上集成發(fā)展起 來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極推 動(dòng)作用。它可以在無需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，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。由傳統(tǒng)的 去除法”到今天的增長(zhǎng)法”，由有模制造到無模制造，這 就是RP技術(shù)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。2. RP系統(tǒng)的基本工作原理不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成型材料不同，成型原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但其基本工作原理都是一樣的，那就是 分層制造，逐層疊加”，類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地比喻：快速成型系統(tǒng)相當(dāng)于一 臺(tái)立體打印機(jī)”。將一個(gè)復(fù)雜

19、的三維物理實(shí)體離散成一系列二維層片的加工，是一種降維制造的思想，大 大降低了加工難度，并且成形過程的難度與待成形的物理實(shí)體的形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度無關(guān)。如圖1所示:（1）二維打?。?）三維成型圖1 RP基本工作原理其整個(gè)成型過程是在沒有任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，快速直接地實(shí)現(xiàn)零件單件生產(chǎn)的，這個(gè)過程只需很短的時(shí)間。3. RP系統(tǒng)的成型機(jī)理技術(shù)的基本原理：其基本過程如圖2所示，首先由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面模型或?qū)嶓w模型；然后根據(jù)工藝要求，按一定的規(guī)則將該模型離散為一系列有序單元，通常在Z向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M(jìn)行離散（習(xí)慣稱為分層或切片），把三維數(shù)字模型變成一系列的二維層片；再

20、根據(jù)每個(gè)層片的輪廓信 息進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇合適的加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼；最后由成形機(jī)（數(shù)控機(jī)床）接受指令控制激 光器（或噴嘴）有選擇性地?zé)Y(jié)一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態(tài)光敏樹脂，或切割一層 又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或粘合劑）形成一系列具有一個(gè)微小厚度和特定形狀的片狀實(shí)體，再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一個(gè)三維物理實(shí)體。甘 用心 .自美國3D公司1988年推出第一臺(tái)商品 SLA快速成型機(jī)以來，到現(xiàn)在已經(jīng)有十幾種不同的成型系統(tǒng), 其中比較典型的有 SLA、SLS、LOM和FDM等方法。3.1激光固化成型（SLA）的成型機(jī)理A的基本構(gòu)成如圖3所示。

21、它以光敏樹脂為原料，在計(jì)算機(jī)控制下，紫外激光按零件各分層截面數(shù)據(jù)對(duì)液 態(tài)光敏樹脂表面逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層；一層固化完畢后，工作臺(tái)下降，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化； 新固化的一層牢固地粘合在前一層上；如此重復(fù)直到整個(gè)零原件型制作完畢。光敏樹脂圖3 SLA成型機(jī)理方法的特點(diǎn)是精度高、 表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100%，能成型形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別 精細(xì)（如手飾、工藝品等）的零件。缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格相對(duì)較貴。3.2選擇性激光燒結(jié)成型（SLS ）的成型機(jī)理S技術(shù)原理如圖4所"這項(xiàng)技術(shù)與 SL

22、A很相似，也是用激光束來掃描各層材料，但 SLS的激光器為CO2激光器，成型材料為粉末物質(zhì)。制作時(shí)，粉末被預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)溫度，然后控制激光束來加熱粉 末，使其達(dá)到燒結(jié)溫度，從而使之固化并與上一層粘結(jié)到一起。目前燒結(jié)的材料主要有標(biāo)準(zhǔn)的鑄造蠟材， 標(biāo)準(zhǔn)的工程熱塑性塑料如聚碳酸酯、尼龍、覆膜金屬?，F(xiàn)在國內(nèi)外正在研究陶瓷以及其它工程塑料的燒結(jié)成型。圖4 SLS成型機(jī)理機(jī)器比較昂貴，制作的零件表面粗糙，后處理比較麻煩 個(gè)問題是成型件的致密程度較差。，例如要在表面涂敷環(huán)氧樹脂固化、打磨等。還有一3.3激光層壓成型(LOM )的成型機(jī)理本原理是根據(jù)零件分層幾何信息切割薄材(如紙張、金屬箔材)，將所獲得的

23、層片依次粘結(jié)成三維實(shí)體。一般采用一定功率(依被切割材料而定，如切紙可用20W )的CO2激光器進(jìn)行切割，如圖 5所示，首先鋪上一層薄材，然后激光器在計(jì)算機(jī)的控制下切出本層輪廓，并把非零件部分按一定形狀切成碎片以便去除；本層完成后，再鋪上一層薄材，用熱輻碾壓，以固化粘結(jié)劑，使新鋪上的一層粘結(jié)在已形成的形體上， 再切割。其主要用于快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。圖5 LOM成型機(jī)理3.4熔積成型(FDM )的成型原理3.4.1多種材料組織的熔積成型方法的原理如下：利用等離子放電來加熱金屬絲材料，加熱頭的結(jié)構(gòu)如圖6所示，熔化的材料熔積到工件逐漸成型。制做一個(gè)多種材料的工件時(shí)需要多個(gè)噴頭，各噴頭

24、可分別噴出不同的材料。在CAD造型中設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的器件，器件中的零件由不同材料組成，加工時(shí)根據(jù)各層所需材料的要求，分別噴上所需材料，這樣就可成形出一個(gè)多種材料和部件的三維實(shí)體器件。這種技術(shù)可在一些小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)器件的一次整體制造中使用，而無需分件加工和裝配，是一個(gè)材料與結(jié)構(gòu)一體化的方法，是發(fā)展微機(jī)械制造的一條有效途徑。辱寒子氣體進(jìn)金埃圖6多種材料組織熔集成型3.4.2 氣相沉積成型(SALD )康奈迪格(Connectict )大學(xué)的Kevin Jakubeas闡述了一種基于活性氣體分解沉淀的成型技術(shù)，它稱 之為aSelective area laser deposition ”(圖7),即使

25、用高能量激光的熱能或光能分解一種活性氣體。 這種活性氣體在激光的作用下發(fā)生分解，沉積出一個(gè)材料的薄層進(jìn)行逐層制造。Jakubeas認(rèn)為通過改變活性氣體的成分和溫度以及激光束的能量，可以沉積出不同材料的零件，包括成 型陶瓷和金屬零件。3.5激光熔覆快速制造技術(shù)(LCRM )RM是一種基于激光熔覆的包括激光熔覆、送粉系統(tǒng)、CAD/CAM、傳感器和數(shù)控技術(shù)的綜合制造技術(shù)。近幾年來，天津工業(yè)大學(xué)激光工程中心對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)，并取得了突破性的進(jìn)展。圖8為該項(xiàng)技術(shù)的原理圖將激光熔覆激光熔覆最初是一種涂層技術(shù)，激光熔覆道沿平面橫向多道搭接可以獲得高性能的表面涂層,面沿垂直方向空間多層疊加便可

26、以制造出三維金屬零件。圖8 LCRM成形機(jī)理RM技術(shù)的原理是：首先用 CAD畫出零件實(shí)體模型，然后用分層軟件對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行處理，獲取各截面 的幾何信息，并將其轉(zhuǎn)化成 NC工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的軌跡信息。成形時(shí)，有一束高功率激光會(huì)照射到基材表面形 成熔池，與此同時(shí)金屬粉末通過同軸送粉嘴被同軸地噴入熔池形成熔覆層，送粉嘴根據(jù)CAD給定的軌跡信息在NC的控制下逐層掃描堆積，最終制造出金屬實(shí)體零件。由于激光熔覆的快速凝固特征，所制造出 的金屬零件具有優(yōu)良的質(zhì)量和強(qiáng)度。圖9是利用LCRM技術(shù)制造的復(fù)雜矩形零件，其尺寸為45X 45X 50mm 。圖9零件4. RP系統(tǒng)產(chǎn)品精度保證體系實(shí)際生產(chǎn)中，常常采用試錯(cuò)法來保

27、證最終產(chǎn)品的精度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)降低成本、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、過程可控性的要求，有必要采用計(jì)算機(jī)集成制造方法，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真研究。圖10 CAD模型到產(chǎn)品的工藝路線圖CAE (Computer Aided Engineering, 計(jì)算機(jī)輔助工程)包括靈捷制造、柔性制造、同時(shí)工程，虛擬制 造等。引進(jìn)CAE技術(shù)，可以把工藝路線繪制為圖10所示。其中比較關(guān)鍵的是 轉(zhuǎn)換”技術(shù)，也稱快速模具(RT, Rapid tooling )技術(shù)，它是用各種方法把 RP原型轉(zhuǎn)換成工模具的技術(shù)。其中一個(gè)方法是將原 型轉(zhuǎn)換成陶瓷型，再利用鑄造的方法轉(zhuǎn)換成金屬型。利用 RP原型與RT技術(shù)集成的制造精密

28、鑄造模具方 法適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)向著多品種、變批量發(fā)展的要求，被稱為柔性工具”方法。把中間過程看作黑匣子:則由CAD模型到產(chǎn)品的工藝路線，如圖 10所示；此過程相應(yīng)的快速、多回路誤差控制與反饋系統(tǒng)，如圖11所示。圖11多回路誤差控制及反饋系統(tǒng)5. 結(jié)論技術(shù)是二十一世紀(jì)世界先進(jìn)制造技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)的手段。當(dāng)前，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，迫切需要采用先進(jìn)的創(chuàng)新手段。RP技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的新產(chǎn)品樣件的快速制造，提高此快速柔性系統(tǒng)的精度是當(dāng)今急迫解決的問題。分析了幾種典型快速成形技術(shù)的原理， 并以LCRP技術(shù)制造出了質(zhì)量和強(qiáng)度較為滿意的零件。 給出

29、了計(jì)算 機(jī)輔助工程的工藝路線，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際總結(jié)出了合理的多回路誤差控制及反饋系統(tǒng)，進(jìn)而保證零件的加工精度。原力技術(shù)網(wǎng)SLS粉末材料選擇性燒結(jié)(Selected Laser Sintering)是一種快速原型工藝，簡(jiǎn)稱 SLS.SLS快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(shí)間短，可達(dá)到 1in/h高度。4、無需對(duì)零件進(jìn)行后矯正。5、無需設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐。選擇性燒結(jié)的最大優(yōu)點(diǎn)是可選用多種材料，適合不同的用途、所制考試|大|作的原型產(chǎn)品具有較高的硬度，可進(jìn)行功能試驗(yàn)。SLS快速原型技術(shù)缺點(diǎn)是：1、 在加工前，要花近2小時(shí)的時(shí)間將粉末加熱到熔點(diǎn)以下，當(dāng)零件構(gòu)建之后，還要花5-10 小時(shí)冷卻，然后才能將零件從粉末缸中取出。2、表面的粗糙度收粉末顆粒大小及激光點(diǎn)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(jìn)