快速成型技术的应用及发展趋势.doc

快速成型技术的应用及发展趋势 熊文恪 模具1111 2011118501266 摘要:阐述了快速成型技术的基本概念,总结了快速成型技术的特点,并通过制作实例展现了快速成型技术在产品开发中的应用现状,最后展望了快速成型技术的未来发展趋势。 关键词：快速成型技术 应用 发展趋势 当今时代,制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展,一方面表现为消费者兴趣的短时效和消费者需求日益主体化、个性化和多元化;另一方面则是区域性、国际市场壁垒的淡化或打破,要求制造业的厂商必须着眼于全球市场的激烈竞争。传统的制造方法不但需要采用多种机械加工机床、工具、模具,而且成本高、周期长,已经不能适应迅速发展的时代要求[ 1] 因此,在客观上需要一种可以直接将设计数据快速转化为三维实体的技术,而快速成型技术正能够满足这些要求。 1　快速成型技术特点 1—1 快速性。 通过STL格式文件, 快速成型制造系统几乎可以与所有的CAD 造型系统无缝连接, 从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时,可实现产品开发的快速闭环反馈。以快速原型为母模的快速模具技术, 能够在几天内制作出所需材料的实际产品, 而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。 1—2 高度集成化。 快速成型技术实现了设计与制造的一体化。在快速成型工艺中, 计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成型设备的数控指令, 快速成型设备根据数控指令完成原形或零件的加工。 1—3 与工件复杂程度无关。快速成型技术由于采用分层制造工艺, 将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加, 大大简化了加工过程。它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造具有任意复杂形状的原形和零件[2] 。 1—4 高度柔性。 快速成型系统是真正的数字化制造系统, 仅需改变三维CAD模型, 适当地调整和设置加工参数, 即可完成不同类型的零件的加工制作, 特别适合新产品开发或单件小批量生产[3] 。并且, 快速成型技术在成型过程中无需专用的夹具或工具,成型过程具有极高的柔性, 这是快速成型技术非常重要的一个技术特征。 1—5 自动化程度高。 快速成型是一种完全自动的成型过程, 只需要在成型之初由操作者输入一些基本的工艺参数,整个成型过程操作者无需或较少干预[ 4] 。出现故障, 设备会自动停止, 发出警示并保留当 前数据。完成成型过程时, 机器会自动停止并显示相关结果。 2　快速成型技术应用 近年来, 快速成型技术在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到迅速良好的应用。主要包括以下几个方面: 2—1 设计和功能验证。 通过快速成型技术可以快速制作产品的物理模型, 以验证设计人员的构思, 发现产品设计中存在的问题。而使用传统的方法制作原型意味着从绘图到工装模具设计和制造, 一般至少历时数月, 经过多次返工和修改。采用快速成型技术则可节省大量时间和费用。同时, 使用快速成型技术制作的原型可直接进行装配检验、干涉检查和模拟产品真实工作情况的一些功能试验, 如运动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等, 从而迅速完善产品的结构和性能、相应的工艺及所需工模具的设计。 2—2 非功能性样品制作。 在新产品正式投产之前或按照定单制造时,需要制作产品的展览样品或摄制产品样本照片,采用快速成型是理想的方法。邵敏[ 5]在首饰设计方面提出首饰设计是立体的物质实体性设计, 在设计展开的不同阶段, 具体创意靠效果图检验不出实体体量关系, 必须辅以立体模型对设计方案加以不断检测和修改。运用快速成型技术代替传统手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整地传递产品的信息。更重要的是建立起一种并行结构的设计系统, 将设计、结构分析、制造三位一体优化集成于一个系统, 使不同分工的人员能及时相互反馈信息, 从而缩短开发周期, 并保证设计、制造的高质量。 2—3 快速模具制造。 传统的模具制造方法周期长、成本高, 一套简单的塑料注塑模具其价值也在10万元以上。设计上的任何失误反映到模具上都会造成不可挽回的损失。杨思一[6]提出利用快速成型技术, 可以按照下列两种方式制造模具: 软模。通常指的是硅橡胶模具, 用SLA、FDM、LOM或SLS等技术制作的原型, 再翻成硅橡胶模具后, 向模中灌注双组份的聚氨酯, 固化后即得到所需的零件。 (2) 硬模。用SLA、SLS、FDM或LOM方法加工熔模铸造中的蜡模, 对原型表面进行特殊处 理后代替木模, 直接制造石膏型或陶瓷型, 或是由RP原型经硅橡胶模过渡转换得到石膏型或陶瓷型, 再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模具, 这是目前生产金属模具最主要的途径。 3　快速成