(2) 快速成形的特点
快速成形技术将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工,大大降低了加工难度,具有如下特点:
1)成形全过程的快速性,适合现代激烈的产品市场;
2) 可以制造任意复杂形状的三维实体;
3)用CAD模型直接驱动,实现设计与制造高度一体化,其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境;
4)成形过程无需专用夹具、模具、刀具,既节省了费用,又缩短了制作周期。
5)技术的高度集成性,既是现代科学技术发展的必然产物,也是对它们的综合应用,带有鲜明的高新技术 特征。
以上特点决定了快速成形法主要适合于新产品开发,快速单件及小批量零件制造,复杂形状零件的制造,模具与模型设计与制造,也适合于难加工材料的制造,外形设计检查,装配检验和快速反求工程等。
2 快速成形的基本工艺方法
快速成形技术始于 20世纪80年代初期,至今已有十几种不同的快速成形方法和系统,目前,SLA、LOM、SLS和FDM四种技术是快速成形技术的主流。各种快速成形工艺的基本原理是一致的,其差别仅在于堆积成三维工件的薄片所采用的原材料、由原材料构成的截面轮廓的方法和截面层间的连接方式不同。
2.1快速成形常用的原材料的形态
快速成形常用的原材料的形态包括:液态,固态粉末,固态片材,固态丝材,材料品种,光固化树脂,蜡粉,尼龙粉,覆膜陶瓷粉,钢粉,覆膜钢粉,覆膜纸,覆膜塑料,覆膜陶瓷箔,覆膜金属箔,蜡丝,ABS丝。
2.2 快速成形材料种类
(1)【光固化成形(SLA——Stereo Lithography Apparatus)法】
SLA是最早实用化的快速成形技术,采用液态光敏树脂原料,工艺原理如图所示。其工艺过程是,首先通过CAD设计出三维实体模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;激光光束通过 数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径 照射到液态光敏树脂表面 , 使表面特定区域内的一层树脂固化后, 当一层加工完毕后,就生成零件的一个截面;然后 升降台下降一定距离 , 固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二固化层牢固地粘结在前一固化层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后,进行最终固化,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。
SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。
(2)【分层实体制( LOM—Laminated Object Manufacturing)】
LOM又称层叠法成形,它以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)为原材料,其成形原理如图所示,激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后,送料机构将新的一层纸叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再进行切割,这样一层层地切割、粘合,最终成为三维工件。 LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等,此方法除了可以制造模具、模型外,还可以直接制造结构件或功能件。该方法的特点是原材料价格便宜、成本低。
(3)【激光选区烧结(SLS—Selective Laser Sintering )法】
SLS法采用各种固态粉末(金属、陶瓷、蜡粉、塑料等)为材料,先在工作台上铺上一薄层均匀的粉末,利用加热装置将其加热至略低于熔点的温度,然后用激光束在计算机的控制下,按照零件截面轮廓信息进行有选择的扫描,对粉末进行加热,直至熔化,使粉末颗粒相互粘结而形成工件的实体部分。在非扫描区,粉末仍是松散的。这样一层层烧结后,去除未烧结的粉末,即得到三维工件。该方法可以加工出能直接使用的金属、塑料、陶瓷件,但制品的强度不高。主要用于生产塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
(4)【熔积成型(FDM—Fused Deposition Modeling)法】
该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料,利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高 1℃),在计算机的控制下,喷头作x-y平面运动,将熔融的材料涂覆在工作台上,冷却后形成工件的一层截面,一层成形后,喷头上移一层高度,进行下一层涂覆,这样逐层堆积形成三维工件。该方法污染小,材料可以回收,用于中、小型工件的成形。