幾種快速成型的技術(shù)比較

1、幾種快速成型的技術(shù)比較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(jiǎn)稱 FDM 。絲狀材料選擇性熔覆的原理室，加熱噴頭在計(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng)。熱塑性絲狀材料(如直徑為 1.78mm 的塑料絲)由供絲機(jī)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(tái)上，快 速冷卻后形成一層大約 0.127mm 厚的薄片輪廓。 一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度， 再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層 "畫出 &quo

2、t;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(xiǎn)。 但仍需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆， 成型時(shí)間長(zhǎng)。 適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模以及產(chǎn)品的形狀 及功能測(cè)試。 由于甲基丙烯酸 ABS( MABS )材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性， 可采用加碼射線 消毒，特別適用于醫(yī)用。但成型精度相對(duì)較低，不適合于制作結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜的零件。 FDM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(xiǎn)。2、工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于材作且不產(chǎn)生垃圾。3、

3、可快速構(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(yùn)和快速更換。5、原材料費(fèi)用低，一般零件均低于 20 美元。6、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(diǎn)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(qiáng)度小。3 、 速度較慢，不適合構(gòu)建大型零件。SLA敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻( Stereolithography )原理的一種工藝，簡(jiǎn)稱 SLA ， 也是最早出現(xiàn)的、技術(shù)最成熟和應(yīng)用最廣泛的快速原型技術(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(huì)快速固化。 成型過程開始 時(shí)，可升降的工作臺(tái)

4、處于液面下一個(gè)截面層厚的高度， 聚焦后的激光束， 在計(jì)算機(jī)的控制下， 按照截面輪廓的要求， 沿液面進(jìn)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(tái)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(jìn)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， 知道整個(gè)產(chǎn)品成型完畢。 最后升降臺(tái)升出液體樹脂表面， 即可取出工件， 進(jìn)行清洗和表面光 潔處理。光敏樹脂選擇性固化快速原型技術(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(yàn)和工藝規(guī)劃。它還能代替臘模制作澆鑄模具， 以及作

5、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 快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)運(yùn)行，無需專人看管， 直到整個(gè)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(tái)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(diǎn)：1、隨著時(shí)間推移，樹脂會(huì)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(shí)，價(jià)格較昂貴。同時(shí)需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描固化，成型 時(shí)間較長(zhǎng)，因此制

6、作成本相對(duì)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數(shù)情況下都不 能進(jìn)行耐久性和熱性能試驗(yàn)，且光敏樹脂對(duì)環(huán)境有污染，使皮膚過敏。4、需要設(shè)計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu)部委都能可靠定位。 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。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對(duì)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(jìn)行選擇性燒結(jié)， 是一種由離散點(diǎn)一層層對(duì)集成三維實(shí)體的工藝 方法。在開始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎兀⒈３衷诜勰┑娜埸c(diǎn)一下

7、。成型時(shí)，送 料筒上升， 鋪粉滾筒移動(dòng)， 先在工作平臺(tái)上鋪一層粉末材料， 然后激光束在計(jì)算機(jī)控制下按 照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)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(tái)下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進(jìn)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(shí)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(dāng)燒結(jié)工序完成后，取出零件，未經(jīng)燒結(jié)的粉末基本可自粉末材料選擇性燒結(jié)工藝適合成型中小件， 能直接的到塑料、 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(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描和燒 結(jié)，加

8、上工作室需要升溫和冷卻，成型時(shí)間較長(zhǎng)。 此外， 由于受到粉末顆粒大小及激光點(diǎn)的 限制，零件的表面一般呈多孔性。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)快速原型工藝適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可視化表現(xiàn)和制作功能測(cè)試零件。 由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)、 進(jìn)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(jī)械性能，故可用于制作 EDM 電極、直接制造金屬模以及進(jìn)行小批 量零件生產(chǎn)。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)

9、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)行后處理。4、需要對(duì)加工室不斷充氮?dú)庖源_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

10、染環(huán)境。LOM 箔材疊層實(shí)體制作（ Laminated Object Manufacturing ）快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝， 簡(jiǎn)稱 LOM 。箔材疊層實(shí)體制作是根據(jù)三維 CAD 模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控 制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作 X 和 Y 方向的移動(dòng)。供料機(jī)構(gòu)將地面涂有熱溶膠的箔 材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材）一段段的送至工作臺(tái)的上方。激光切割系 統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對(duì)箔材沿輪廓線將工作臺(tái)上的紙割出輪 廓線，并將紙的無輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機(jī)構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起?？缮倒ぷ髋_(tái)支撐正在成型的工件， 并在

11、每層成型之后， 降低一個(gè)紙厚， 以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小 廢料塊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(shí)體制作快速原型工藝適合制作大中型原型件， 翹曲變形較小， 尺寸精度較高， 成型 時(shí)間較短， 激光器使用壽命長(zhǎng)， 制成件有良好的機(jī)械性能， 適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模和功 能性測(cè)試零件。且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模。 LOM 快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：1、由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無需掃描整個(gè)斷面，所以這是一個(gè)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(jìn)行后矯正。3、無需設(shè)計(jì)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(diǎn)是