(1)成型原理

　　快速成形技術(shù)是20世紀(jì)80年代開始商品化的一種高新制造技術(shù)。自出現(xiàn)以來，就以全新的制造思想、迅速的產(chǎn)品制造速度、靈活多變的產(chǎn)品模型，受到了學(xué)術(shù)界和制造業(yè)的極大關(guān)注?？焖俪尚渭夹g(shù)適應(yīng)了現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展需求，發(fā)展十分迅猛，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)分支和先進(jìn)制造技術(shù)的一門支柱產(chǎn)業(yè)。

　　快速成形技術(shù)是利用二維的制造方法作出一系列的薄切片，然后將二維薄切片按需要一層層的粘結(jié)在一起，迭加形成所要求的三維零件。制作過程如下：利用計(jì)算機(jī)CAD軟件設(shè)計(jì)制作工件的三維模型，將模型切片，計(jì)算機(jī)對(duì)切片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成零件的二維層片信息(橫截面的平面輪廓和內(nèi)部掃描路徑)。計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信息，通過控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)成形激光束按照所要求的路徑運(yùn)動(dòng)，選擇性的固化一層層的樹脂(或者切割一層層的薄紙、燒結(jié)一層層的粉末材料、噴涂一層層的熱熔材料或者粘結(jié)劑等)，形成各個(gè)截面的二維固體層片，一層制作完畢，在該層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行下一層的制作，層層迭加，直至各層片按順序迭加成三維零件。

　　1986年美國(guó)的Charles W Hull首次提出用激光照射液態(tài)光敏樹脂，固化分層制作三維物體的快速成形概念，并申請(qǐng)了專利。1988年，美國(guó)的3D Systems公司根據(jù)該專利商業(yè)化了第一臺(tái)現(xiàn)代快速成形機(jī)—SLA250，以液態(tài)樹脂選擇性地固化成形零件，開創(chuàng)了快速成形技術(shù)的新紀(jì)元。由于快速成形技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)于現(xiàn)代社會(huì)市場(chǎng)需求和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求，自誕生之日起就引起了人們的極大關(guān)注，許多大公司都購(gòu)買或應(yīng)用了該技術(shù)，各國(guó)也投入了大量的人力物力進(jìn)行開發(fā)研究，在制作方法、零件性能、制作速度和精度上以及制作零件的材料上都取得了顯著的研究成果。除SLA外，還涌現(xiàn)出了許多其它形式的快速成形技術(shù)和快速成形機(jī)，如LOM(分層實(shí)體制造)，SLS(選擇性激光燒結(jié))，F(xiàn)DM(熔絲沈積制造)等。

　　光固化(Stereolithography,簡(jiǎn)稱SL)成型技術(shù)基本工作原理如圖所示，以光敏樹脂為加工材料，加工從最底部開始，紫外激光根據(jù)模型分層的截面數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)的控制下在光敏樹脂表面進(jìn)行掃描，每次產(chǎn)生零件的一層。在掃描的過程中只有激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方液態(tài)樹脂才會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)，因此在掃描過程中，對(duì)于不同量的固化深度，要自動(dòng)調(diào)整掃描速度，以使產(chǎn)生的曝光量和固化某一深度所需的曝光量相適應(yīng)。掃描固化成的第一層粘附在工作平臺(tái)上，此時(shí)工作平臺(tái)的位置比樹脂表面稍微低一點(diǎn)，每一層固化完畢之后，工作平臺(tái)向下移動(dòng)一個(gè)層厚的高度，然后將樹脂涂在前一層上，如此反復(fù)，每形成新的一層均粘附到前一層上，直到制作完零件的最后一層(零件的最頂層)。這樣整個(gè)制作過程就完成了。

　　(2)、成型特點(diǎn)

　　與其它成型工藝方法(FDM、LOM、SLS等)相比，光固化法快速成型的特點(diǎn)是精度高、表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá)到Ra3.25μm，經(jīng)過拋光，表面粗糙度可達(dá)到Ra1.17μm，是目前公認(rèn)的成型精度最高的工藝方法(100mm以內(nèi)±0.1mm或±0.1%)；

　　原材料的利用率近100%，無任何毒副作用；

　　原材料的可燒蝕性，原材料由C、H、O組成，在700℃以上溫度下，可完全燒蝕，沒有任何殘留物。

　   能成型形狀特別復(fù)雜(如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣管)，能成型薄壁(如汽車覆蓋件、裝飾件、空心零件等)，特別精細(xì)(如汽車缸體裝配件、家電產(chǎn)品)，在幾種成型方法得到的制件中，光固化成型是唯一一種具有裝配功能的快速成型方法，能夠檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可裝配性能。

　　成型速度高，最高掃描速度可達(dá)8000mm/s，其它工藝方法(FDM、LOM、SLS等)無法達(dá)到。

　　l 簡(jiǎn)單省時(shí)的后處理 SPR-3010型光敏樹脂粘度低，成型操作非常方便，零件制作完畢的清理也非常容易，只要用酒精或其它有機(jī)溶液清洗制件表面即可。

　　光固化法快速成型是目前公認(rèn)的眾多基于材料累加法快速成型中最為廣泛使用的一種方法。其應(yīng)用領(lǐng)域集中在航空航天、模具、汽車、家電、建筑、輕工、醫(yī)療等領(lǐng)域，其主要作用為促進(jìn)企業(yè)的產(chǎn)品快速創(chuàng)新開發(fā)，幫助制造業(yè)迎接入關(guān)挑戰(zhàn)。

　　迄今為止，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界共安裝各類快速成型機(jī)近五千臺(tái)，而其中超過75%為光固化法快速成型機(jī)(SLA)，在我國(guó)使用與安裝的快速成型機(jī)中70%為光固化法快速成型機(jī)。

　　(3)、激光快速成形在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中的應(yīng)用

　　瞬息萬變的市場(chǎng)使交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)力諸因素中的首要因素。競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的壓力迫使生產(chǎn)者采取快速反應(yīng)措施，快速反應(yīng)市場(chǎng)需求，滿足消費(fèi)者不斷萌發(fā)的需求。隨著社會(huì)需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，更新的周期越來越短，因而要求設(shè)計(jì)者不但能夠根據(jù)市場(chǎng)的要求很快地設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品，而且能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)制造出產(chǎn)品的樣品，進(jìn)行必要的性能測(cè)試，征求顧客的意見并進(jìn)行修改，最后形成能投放市場(chǎng)的定型產(chǎn)品。

　　快速成形技術(shù)的出現(xiàn)為制造企業(yè)滿足個(gè)性化的需求和產(chǎn)品的快速推出提供了可能性，由于快速成形技術(shù)不采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工具模具，零件自由成形，只要通過計(jì)算機(jī)作出零件的三維模型，就能在工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)零件的制造，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)有改動(dòng)，只需在計(jì)算機(jī)中修改模型，不需要重新設(shè)計(jì)工裝夾具，很快制造出實(shí)體零件，大大縮短了產(chǎn)品的制作時(shí)間和投放市場(chǎng)的時(shí)間，幾個(gè)星期甚至幾天內(nèi)就可交出樣品，為傳統(tǒng)工藝的10~30%，成本降為20~35%。

　　快速成形技術(shù)的作用：

　　(1) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與審核

　　為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短生產(chǎn)試制周期，RP&M快速成形系統(tǒng)可在幾個(gè)小時(shí)或幾天內(nèi)將設(shè)計(jì)人員的圖紙或CAD模型轉(zhuǎn)變成看得見、摸得著的實(shí)體模型。這樣就可根據(jù)設(shè)計(jì)原型進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)定和功能驗(yàn)證，迅速地取得用戶對(duì)設(shè)計(jì)的反饋信息。同時(shí)也有利于產(chǎn)品制造者加深對(duì)產(chǎn)品的理解，合理地確定生產(chǎn)方式、工藝流程和費(fèi)用。與傳統(tǒng)模型制造相比，快速成型方法不僅速度快、精度高，而且能夠隨時(shí)通過CAD進(jìn)行修改與再驗(yàn)證，使設(shè)計(jì)走向盡善盡美。

　　(2) 產(chǎn)品功能試驗(yàn)

　　在RP系統(tǒng)中使用新型光敏樹脂材料制成的產(chǎn)品零件原型具有足夠的強(qiáng)度，可用于傳熱、流體力學(xué)試驗(yàn)。用某些特殊光敏固化材料制成的模型還具有光彈特性，可用于產(chǎn)品受載應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)分析。例如美國(guó)的GM(通用汽車公司)在為其97年推出的某車型開發(fā)中，直接使用RP生成的模型進(jìn)行車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)及冬用加熱取暖系統(tǒng)的傳熱學(xué)試驗(yàn)，較之以往的同類試驗(yàn)節(jié)省花費(fèi)40%以上。Chrysler(克賴斯勒汽車公司)則直接利用RP制造的車體原型進(jìn)行高速風(fēng)洞流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，節(jié)省成本達(dá)70%。

　　(3)與客戶或訂購(gòu)商的交流手段

　　在國(guó)外，RP原型成為某些制造商家爭(zhēng)奪訂單的手段。例如位于Detroit的一家僅組建兩年的制造商，由于裝備了2臺(tái)不同型號(hào)的快速成型機(jī)及以此為基礎(chǔ)的快速精鑄技術(shù)，僅在接到Ford公司標(biāo)書后的4個(gè)工作日內(nèi)便生產(chǎn)出了第一個(gè)功能樣件，從而在眾多的競(jìng)爭(zhēng)者中奪到為Ford公司生產(chǎn)年總產(chǎn)值達(dá) 3000萬美元的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋精鑄件的合同。另一方面，客戶總是更樂意對(duì)實(shí)物原型“指手劃腳”，提出對(duì)產(chǎn)品的修改意見，因此RP模型是設(shè)計(jì)制造商就其產(chǎn)品與客戶交流溝通的最佳手段。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#