diazope先進_制造導(dǎo)論論文

1、| You have to believe, there is a way. The ancients said: the kingdom of heaven is trying to enter. Only when the reluctant step by step to go to it s time, must be managed to get one step down, only have struggled to achieve it. - Guo Ge Tech快速成型制造及其應(yīng)用學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級：成型091 學(xué) 號：學(xué)生姓名：朱杰

2、2010年6月24日目 錄摘 要 3引 言 31 快速成型技術(shù)發(fā)展歷史 42 快速成型技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 43 快速成型技術(shù)成型原理 54 快速成型技術(shù)應(yīng)用分類 75 快速成型技術(shù)現(xiàn)代應(yīng)用 96 快速成型技術(shù)發(fā)展趨勢 10參考文獻 10【摘要】系統(tǒng)的介紹了快速成型技術(shù)的原理及其技術(shù)體系的基本環(huán)節(jié)，分析了快速成型制造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，并給出了工業(yè)應(yīng)用實例?！娟P(guān)鍵詞】快速成型 CAD RPM引言快速成型技術(shù)是當(dāng)今世界上飛速發(fā)展的制造技術(shù)之一?？焖俪尚椭圃?Rapid Prototyping Manufacturing，RPM) 材料堆積法(Material Increas Manufacturi

3、ng)是根據(jù)零件的三維模型數(shù)據(jù)，迅速而精確地制造出該零件集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工、新材料科學(xué)以及機械電子工程等多學(xué)科、多技術(shù)為一體的新技術(shù)。傳統(tǒng)的零件制造過程往往需要車、鉗、銑、磨等多種機加工設(shè)備和各種夾具、刀具、模具，成本高，周期長，一個比較復(fù)雜的零件，其加工周期甚至以月計，很難適應(yīng)低成本、高效率的要求?？焖俪尚图夹g(shù)能夠適應(yīng)這種要求是現(xiàn)代制造技術(shù)的一次重大變革。1 快速成型技術(shù)發(fā)展歷史20世紀(jì)70年代末到80年代初期，美國3M公司的Alan J.Herbert (1978年)、日本名古屋市工業(yè)研究所的小玉秀男(1980年)、美國UVP公司的Charles W. Hull(1982年)

4、和日本大阪工業(yè)技術(shù)研究所的丸谷洋二(1993年)，各自獨立地提出了快速成型(RP)的技術(shù)設(shè)想，即利用連續(xù)層的選區(qū)固化生產(chǎn)三維實體。在1984年Charles W. Hull申請了世界上第一臺SLA設(shè)備(SLA-1)的專利，并且于1986年獲得通過(美國專利號US4,575,330)，這標(biāo)志著RP技術(shù)從研究階段進入了使用階段。2 快速成型技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域快速成型技術(shù)在制造領(lǐng)域應(yīng)用最多，達到了67%，一方面顯示出了快速成型技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)獨特的優(yōu)勢，另一方面也顯示出了制造行業(yè)對新技術(shù)、新工藝的需求。嚴(yán)格來說，目前快速成型技術(shù)應(yīng)用在制造領(lǐng)域中的方式并不是利用快速成型技術(shù)設(shè)備直接制造不經(jīng)過再加工即可使用的

5、制品。通?？焖俪尚图夹g(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用主要在產(chǎn)品試制和試驗階段（57%），比如功能檢測和裝配檢測等。同時，也有利用快速成型技術(shù)直接制造的例子。例如，波音公司建立了一整套的“定制生產(chǎn)”生產(chǎn)流程，可以在很短時間內(nèi)制造傳統(tǒng)加工方法很難加工的航空航天工業(yè)中的導(dǎo)風(fēng)管道。3 快速成型技術(shù)成型原理快速成型技術(shù)都有一個共同幾何物理基礎(chǔ)一一分層制造原理。從幾何上講或大學(xué)我們學(xué)習(xí)的積分理論也可以明白這個道理，將任意復(fù)雜的三維實體沿某一確定方向用平行的截面去依次截厚度為 a 的制造單元，可獲得若干個層面，將這些厚度為 a 的單元疊加起來又可形成原來的三維實體，這樣就將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題，既降低了處理的難度，又不受

6、零件復(fù)雜程度的限制。快速成型(RPM)這一先進制造技術(shù)在約這幾年的時間中得到蓬勃發(fā)展，可以將RPM技術(shù)體系分解為幾個彼此聯(lián)系的基本環(huán)節(jié)。1三維CAD造型利用各種三維CAD軟件進行幾何造型，得到零件的三維CAD數(shù)學(xué)模型，是快速成型技術(shù)的重要組成部分，也是制造過程的第l步。三維造型方式主要有實體造型和表面造型，目前許多CAD軟件在系統(tǒng)中加入一些專用模塊，將三維造型結(jié)果進行離散化，生成面片模型文件(STL文件、CFL文件等)或?qū)移Ｐ臀募?LEAF文件、CLI文件、HPGL文件等)。2反求工程物理形態(tài)的零件是快速成型技術(shù)體系中零件幾何信息的另一個重要來源。幾何實體同樣包含了零件的幾何信息，但這些信息

7、必須通過反求工程進行數(shù)字化，方可進行下一步的處理。反求工程要對零件表面進行數(shù)字化處理，提取零件的表面三維數(shù)據(jù)。主要的技術(shù)手段有三坐標(biāo)測量儀、三維激光數(shù)字化儀、工業(yè)CT和自動斷層掃描儀等。通過三維數(shù)字化設(shè)備得到的數(shù)據(jù)往往是一些散亂的無序點或線的集合，還必須對其三維重構(gòu)得到三維CAD模型，或者屢片模型等。3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換三維CAD造型或反求工程得到的數(shù)據(jù)必須進行大量處理，才能用于控制RPM成型設(shè)備制造零件。數(shù)據(jù)處理的主要過程包括襲面離散化，生成STL文件或CFL文件，分層處理生成SLC，CLI，HPGL等層片文件，根據(jù)工藝要求進行填充處理，對數(shù)據(jù)進行檢驗和修正并轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼。4原型制造原型制造即利用快

8、速成型設(shè)備將原材料堆積成為三維物理實體。材料、設(shè)備、工藝是快速原型制造中密切相關(guān)的3個基本方面。成型材料是快速成型技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。它影響零件的成型速度、精度和性能，直接影響到零件的應(yīng)用范圍和成型工藝設(shè)備的選擇5 物性轉(zhuǎn)換通過快速成型系統(tǒng)制造的零件，其力學(xué)、物理性能往往不能直接滿足要求，仍然需要進一步的處理，即對其物理性質(zhì)進行轉(zhuǎn)換。該環(huán)節(jié)是RPM 實際應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)，包括精密鑄造、金屬噴涂制模、硅膠模鑄造、快速EDM 電極 陶瓷型精密鑄造等多項配套制造技術(shù)，這些技術(shù)與RPM 技術(shù)相結(jié)合，形成快速鑄造、快速模具制造等新技術(shù)。4 快速成型技術(shù)應(yīng)用分類隨著CAD建模和光、機、電一體化技術(shù)的發(fā)展，快

9、速成型技術(shù)的工藝方法發(fā)展很快。目前已有十余種，如光固法(SLA)、層疊法(LOM)、激光選區(qū)燒結(jié)法(SIS)、熔融沉積法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三維印刷法(TDP)、噴粒法(BPM)等，已商品化的快速成型系統(tǒng)主要有4種，在這里做詳細(xì)分析：1光固化立體造型該技術(shù)以光敏樹脂為原料將計算機控制下的紫外激光，以預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡，對液態(tài)樹脂逐點掃描，由點到線到面，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，從而形成零件的1個薄層截面。當(dāng)1層固化完畢，升降工作臺移動1個層片厚度的距離，在原先固化好的樹脂表面再覆蓋1層新的液態(tài)脂以便進行新一層掃描固化。新固化的一層牢固地牯合在前一層上如此重復(fù)直

10、到整個零件原型制造完畢。光固化立體造型法的特點是精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100 ，可以制造形狀特別復(fù)雜(如空心零件)、外觀特別精細(xì)(如首飾等)的零件。2 層片疊加制造層片疊加制造工藝是將單面涂有熱溶膠的箔材(涂覆紙 涂有牯接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等)通過熱輥加熱牯接在一起位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將箔材切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的1層箔材再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘臺在一起激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割一粘臺一切割，直至整個零件模型制作完成。3選擇性激光燒結(jié)以CO 激光器為能量源通過紅外激光束使塑料、蠟、陶瓷和金屬(或復(fù)合物)

11、的粉末材料均勻地?zé)Y(jié)在加工平面上。激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。激光束掃描之處粉末燒結(jié)成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。根據(jù)物體截層厚度而升降工作臺，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平后，開始新一層的掃描。如此反復(fù)，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，經(jīng)打磨、烘干等處理后獲得零件。4熔融沉積造型 將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制FDM噴嘴移動軌跡的二維幾何信息 FDM 加熱頭把熱熔性材料(ABS、尼龍、蠟等材料)加熱到臨界半流動狀態(tài)，在計算機控制下，噴嘴頭沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡擠出半流動的材料，沉積固化成精確的零件

12、薄層，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成屢，進行固化 這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上形成一個零件的三維實體。5 快速成型技術(shù)現(xiàn)代應(yīng)用快速成型技術(shù)即可用于產(chǎn)品的概念設(shè)計、功能測試等方面又可直接用于工件設(shè)計、模具設(shè)計和制造等領(lǐng)域RPM 技術(shù)在汽車、電子、家電、醫(yī)療、航空航天、工藝品制作以及玩具等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。1產(chǎn)品設(shè)計評佶與功能測驗為提高設(shè)計質(zhì)量，縮短試制周期快速成型技術(shù)系統(tǒng)可在幾小時或幾天內(nèi)將圖紙或CAD模型轉(zhuǎn)變成看得見、摸得著的實體模型。根據(jù)設(shè)計原型進行設(shè)計評估和功能驗證迅速地取得用戶對設(shè)計的反饋信息。同時也有利于產(chǎn)品制造者加深對產(chǎn)品的理解合理地確定生產(chǎn)方式、工藝流程和費用。與傳統(tǒng)模型制造相比，快速

13、成型方法不僅速度快、精度高而且能夠隨時通過CAD進行修改與再驗證使設(shè)計更完善。2快速模具制造以RPM 生成的實體模型作為模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研瞎等技術(shù)可以快速制造出產(chǎn)品所需要的功能模具，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的15l10。模具的幾何復(fù)雜程度越高，這種效益愈顯著。3醫(yī)學(xué)上的仿生制造醫(yī)學(xué)上的CT技術(shù)與RPM技術(shù)結(jié)合可復(fù)制人體骨骼結(jié)構(gòu)或器官形狀，整容、重大手術(shù)方案預(yù)演以及進行假肢設(shè)計和制造。4藝術(shù)品的制造藝術(shù)品和建筑裝飾品是根據(jù)設(shè)計者的靈感，構(gòu)思設(shè)計出來的，采用RPM 可使藝術(shù)家的創(chuàng)作、制造一體化為藝術(shù)家提供最佳的設(shè)計環(huán)境和成型條件。6 快速成型技術(shù)發(fā)展趨勢從目前RP技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個方面： (1)開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料。 (2)提高RP系統(tǒng)的加工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，為進一步進行模具加工和功能實驗提供基礎(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