快速成形技术及其在产品开发中的应用塑料模具

快速成形技术及其在产品开发中的应用

快速成形技术及其在产品开发中的应用 2011年12月09日 来源： 1　快速成形技术的基本原理　　在需求不断向多样化，高质量高性能，低成本发展的今天，面对日趋激烈的市场竞争，制造业的经营战略，从50～60年代的“规模效益第一”和70～80年代的“价格竞争第一”转变为90年代的“市场响应速度第一”，时间因素被提到了首要地位(如图1)。图1　产品需求的变化　　快速成形技术正是在这种需求下，通过计算机、数控、激光和材料等高新技术的集成而发展起来的，基于离散堆积思想的一种先进制造技术。它是指在计算机控制与管理下根据零件CAD模型，采用材料精确堆积(由点堆积成面，由面堆积成三维实体)的方法制造原型或零件的技术，是一种基于离散/堆积成形原理的新型制造方法。其基本原理和成形过程如图2所示。先由CAD软件设计出所需件的计算机三维曲面或实体模型，然后据工艺要求，其将按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面形状)；再将分层后的二维信息生成数控代码，以平面加工方式有顺序地连续加工出每个薄层模型并使它们自动粘接而成形。图2　快速成形基本原理　　80年代后期发展起来的快速成形技术，被认为是近20年来制造领域的重大突破，其对制造业的影响可与50～60年代数控技术相比，RP技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评估，修改和试验，大大缩短产品研制周期。2　快速成形技术的特点 2.1　快速性　　从CAD设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，速度比传统的成形方法快得多，使快速成形技术尤其适合于新产品的开发与管理。 2.2　设计制造一体化　　落后的CAPP一直是实现设计制造一体化的较难克服的一个障碍，而对于快速成形来说，由于采用了离散堆积的加工工艺，CAPP已不再是难点，CAD和CAM能够很好地结合。 2.3　自由成形制造　　自由的含义有两个：一是指可以根据零件的形状，无需专用工具的限制而自由地成形，可以大大缩短新产品的试制时间；二是指不受零件形状复杂程度限制。 2.4　高度柔性　　仅需改变CAD模型，重新调整和设置参数即可生产出不同形状的零件模型。 2.5　材料的广泛性　　快速成形技术可以制造树脂类、塑料类原型，还可以制造出纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。 2.6　技术的高度集成　　RP技术是计算机、数据、激光、材料和机械的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光器件和功率控制技术高度发展的今天才可能诞生快速成形技术，因此快速成型技术带有鲜明的时代特征。　　零件的复杂程度和生产批量与制造成本基本无关。3　几种典型的快速成形工艺及其比较 3.1　几种典型的快速成形工艺　　(1)光固化立体造型(SLA-Stereolithography Apparatus)　　该技术以光敏树脂为原料，计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化子的树脂表面再敖上一层新新的液态树脂以便进行下层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合地层上，如此重复至整个零件原型制造完毕。　　(2)分层物件制造(LOM-laminated Object Manufacturing)　　LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起。位于上方的激光器按照C AD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割、粘合、切割…，直至整个零件模型制作完成。　　(3)选择性激光烧结(SLS-Selected Laser Sintering)　　在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ-200μ)的粉末在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。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粘结或烧结的工艺还正在实验阶段。　　(4)熔融沉积造型(FDM-Fused Deposition Modeling)　　FDM喷头受CAD分层数

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