现代加工技术快速原型制造精要.ppt

2014-3-8 现代加工技术快速原型制造 快速原型制造技术的背景 进入80年代以后，随着计算机辅助设计（CAD）的应用，产品造型和设计能力得到了大幅度提高，然而在产品设计完成后批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息并对产品设计和制造的先进性、可行性作出评估、验证。在市场竞争日趋激烈的今天，为了提高产品的市场竞争力占领市场先机，从产品开发到批量生产的整个过程都迫切需要提高速度和降低成本，尤其是做好产品的市场定位，在这种环境下应运而生的快速原型技术得到了迅速发展，为提高产品设计制造水平提供了有效手段。 快速原型制造技术的意义 快速原型制造技术 (Rapid Prototyping and Manufacturing, 简称RPM)是80年代末期迅速发展起来的一种先进制造技术，集计算机技术、CAD、机械工程、数控技术、检测技术、激光技术和材料科学等高新技术, 它将成为21世纪制造技术的重要组成部分。由于它能将在计算机上“看得见、摸不着”的产品设计图形, 迅速、准确地变成“看得见、摸得到”的产品原型或直接制造零件,能够对产品的外形、性能进行测试和评估，因此对缩短产品开发的周期、减少开发费用、提高市场竞争能力都具有重要意义。 快速原型制造技术的特点 快速原型制造技术有两个显著的特点, 就是用它加工的产品造价: ①几乎与生产批量无关 ; ②几乎与产品的复杂性无关。 因此,十几年来, 该技术在国内外得到了迅速的发展，已在广泛的领域中得到应用并显示出它的优越性，它不仅应用于IT产业、机械、汽车、航空航天、电子电器、轻工产品等制造业中 ,而且在医学、艺术、工业造型和建筑等领域中都开始发挥作用 ,取得了显著效果。 RPM技术的基本原理 快速原型制造技术是用离散分层的原理（切片堆积）制作产品原型的总称，其过程为：产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。即先在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成相互关联的一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。 目前比较成熟的RP工艺(1) 经过十来年的研究和发展, 开发了数十种RP加工方法和工艺,目前比较成熟的RP工艺有如下几种: (1)光敏液相固化法(Stereolithography Apparatus, 简称SLA):用激光束对液态光敏树脂进行逐层扫描固化, 最后形成三维实体。 (2)选区粘结法(Laminated Object Manufacturing, 简称LOM):用加热辊和激光束对背面涂有粘结剂的纸、塑料带、甚至金属带进行逐层粘结和切割, 以形成产品各层轮廓 ,经各层叠加以形成产品原型。 目前比较成熟的RP工艺(2) (3)熔丝沉积制造法(Fused Deposition Modeling, 简称FDM):用逐步送进热融塑料丝的方法来堆积产品的各层轮廓。 (4)选择性激光烧结法(Selected Laser Sintering, 简称SLS):用激光束对塑料粉或金属粉进行扫描熔化 ,从而构成产品的各层轮廓。 (5)三维实体打印法（3D Printer）:利用喷墨打印原理，热喷涂自然快速固化材料构成轮廓实体。 RPM技术在模具制造中的应用 采用快速原型制造技术（RPM）的快速模具制造 (Rapid Tooling—— RT)主要用于制造铸造模具和塑料模具，与数控加工相比, RPM技术可以更快、更好地设计并制造出各种复杂的原型，通常是将RP原型作为样件用于传统的模具制造工艺中, 一般可使模具制造成本和周期减少一半，将使模具制造过程发生革命性变化。 快速模具制造----硅橡胶模铸造法 如制造的零件批量件数较小（20～50件）时，一般可以采用以RP原型作母模，采用室温硫化的有机硅橡胶浇注制作硅橡胶模。由于硅橡胶良好的柔性和弹性，对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度（甚至有一定倒拔模斜度）以及具有深凹槽的零件来说，制件浇注完成后均可直接取出。该工艺方法可以快速、容易而廉价地小批量生产各种塑料零件和石蜡模型，在航空航天、体育用品、玩具和装饰设备等领域应用广泛。制作生产周期为1周左右。成本为钢模的1/20～1/15。 硅橡胶模铸造法案例 望远镜外壳快速模具的开发制作：通过制作RP模型，采用硅橡胶模翻制ABS塑料样件，云南光学仪器厂快速地实现了新产品开发，含RP原型，制作生产周期为6天。 快速模具制造----锌铝合金软模具 当生产量为100～1000件时,可采用环氧树脂模。当生产批量在1000～3000件时,采用锌铝合金软模具，即以RP原型作母模，将低熔点的熔化金属（如锌铝合金）充分雾化