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基于快速成型技术的车载多功能物品架制备工艺研究 　　摘 要：运用3D软件正向或者逆向创建车载多功能物品架的三维模型，经过修改后得到想要打印的产品三维模型，并经STL数据转换后输入到快速成型设备系统中，设置合理的支撑与摆放方式，合理运用激光选区烧结法、熔融沉积法等快速成型方式，在SLS、FDM成型设备上完成设计产品的打印后，将车载多功能物品架产品原型经过一定的后处理，如，支撑材料的去除、固化、修补、打磨、抛光、上色等强化处理等，满足产品或模型制件的最终要求。 　　关键词：快速成型技术 激光选区烧结法（SLS） 熔融沉积法（FDM） 　　中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（c）-0001-04 　　快速成型技术（简称RP），是基于材料堆积法的一种高新制造技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，其工艺过程包括：（1）产品三维模型的构建；（2）三维模型的近似处理；（3）三维模型的切片处理；（4）成型加工；（5）成型零件的后处理。该文以车载多功能物品架为载体重点介绍激光选区烧结法（SLS）、熔融沉积法（FDM）成型工艺的应用，实现了车载多功能物品架的快速数字化成型技术[1-2]。 　　1 三维CAD模型的创建 　　依据市场需求、功能要求进行结构设计，同时基于个性化需求，运用3D软件正向或者逆向创建三维模型，经过修改后得到想要打印的产品三维模型。此车载多功能物品架功能定位如下：根据物品的大小来调整架子的大小，前面可以放烟灰，后面可以放水杯、饮料等物品，里面的烟灰缸可单独使用并可取出清理，烟灰缸、饮料架、手机座功能三合一，材料须使用环保、耐火的塑料[3]。 　　2 车载多功能物品架的SLS工艺成型 　　采用激光选区烧结法（SLS）成型制造工艺过程分为前处理、粉层烧结叠加成型以及后处理过程3个阶段。 　　2.1 SLS工艺成型前处理 　　前处理阶段主要完成模型的三维CAD造型，并经STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速原型系统中。STL文件格式是美国3D SYSTEMS公司提出的三维实体造型系统的一个接口标准，其接口格式规范。 　　但在格式转换过程中也要充分考虑零件的结构，设置相关参数才可使打印的零件符合技术要求。应考虑到该件属薄壁件，在前期造型时加厚该件壁厚，壁厚一定要大于0.3 mm，最好有2 mm厚度，UG造型后输出成STL文件格式，设成三角公差0.02，相邻公差0.012 5，输出类型为二进制。 　　多功能物品架连接机构，都是薄壁零件，支撑与摆放就要十分合理，多功能物品连接结构面接触打印底面，较大面积接触易发生翘曲现象，所以，摆放时尽量斜制摆放，如图2、图3所示。 　　2.2 粉层烧结叠加成型（SLS）过程 　　前处理工作完成后，将STL文件用华曙排包软件进行排包处理后进行成型烧结。 　　首先对成型空间进行预热。预热是粉层烧结叠加成型工艺中的一个重要环节，没有预热，或者预热温度不均匀，将会使成型时间增加，所成型零件的性能低和质量差，零件精度差，或使烧结过程完全不能进行。对粉末材料进行预热，一般需要预热到100 ℃左右，这样可以减小因烧结成型时受热在工件内部产生内应力，防止其产生翘曲和变形，提高成型精度。在预热阶段，根据原型结构的特点设定建造工艺参数，如，层厚、激光扫描速度和扫描方式、激光功率、烧结间距等。当成形区域的温度达到预定值时，便可以启动制作了。 　　所有叠层自动烧结叠加完毕后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40 ℃以下，取出原型并进行后处理。 　　烧结工艺参数对精度和强度的影响是很大的。如图4所示的烧结成型过程中，当激光功率、扫描速度和方向及间距、烧结温度、烧结时间以及层厚度等对层与层之间的粘接、烧结体的收缩变形、翘曲变形甚至开裂都会产生影响，如图5所示因温度调整不当造成薄壁较长件产品的翘曲变形[4]。 　　2.3 SLS成型工艺后处理 　　烧结完成后，需要将打印的产品静置一段时间，使得成型的粉末和粘结剂之间通过交联反应、分子间作用力等作用固化完全。然后用刷子将周围大部分粉末扫去，剩余较少粉末可通过机械振动、微波振动、不同方向风吹等除去。表面纹理是重中之重，不是所有的打印产品都是最终产品，有的还需要二次处理，如，打磨或抛光等。 　　3 车载多功能物品架的FDM工艺成型 　　对于多功能物品架的部分薄壁零件，选择3D打印成型强度较好的熔融沉积（FDM）成型方式。 　　3.1 FDM工艺成型前处理 　　完成模型的三维CAD造型，并经STL数据转换后输入到FDM快速原型系统中。 　　多功能物品架建议分拆打印，然后组装成型。建议每层打印厚度在0.03 mm最佳，对于薄壁零件避免竖直摆放，影响成型效果