第十章快速成形技术（课件）.ppt

第十章 快速成形技术 20世纪80年代后发展起来的快速成形技术( Rapid Prototyping简称RP)，被认为是近20年来制造领域的一次重大突破。快速成形技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。它是基于一种全新的制造概念——增材加工法。 我国于20世纪90年代初先后有武汉华中科技大学快速制造中心，陕西省激光快速成形与模具制造工程研究中心、西安交通大学先进制造技术研究所，北京隆源自动成型系统有限公司，北京清华大学殷华实业有限公司等在快速成形工艺研究、成形设备开发、数据处理及控制软件、新材料的研发等方面做了大量卓有成效的工作。 在众多的快速成形工艺中，具有代表性的工艺是： 光敏树脂液相固化成形 选择性粉末烧结成形 薄片分层叠加成形 熔丝堆积成形 一、光敏树脂液相固化成形（SL—Stereolithography） 又称光固化立体造型或立体光刻。它由Charles Hul发明并于1984年获美国专利。1988年美国3D系统公司推出商品化的世界上第一台快速原型成形机。SLA系列成形机占据着RP设备市场较大的份额。 1. SL工艺原理 SL工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（325nm）和功率（P＝30mW）的紫外激光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。 液槽中盛满液态光敏树脂，激光束在偏转镜作用下，在液体表面上扫描，扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制，光点扫描到的地方，液体就固化。开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦点平面内，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描即逐点固化，当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂，然后升降台带动平台下降一层高度（约0.1 mm），已成型的层面上又布满一层液态树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复，直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。 2. 特点和成形材料 特点是精度高、表面质量好、原材料利用率将近100%，精度能达到或小于0.1 mm。能制造形状特别复杂（如空心零件）、特别精细（如首饰、工艺品等）的零件。制作出来的原型件，可快速翻制各种模具。 SL工艺的成形材料称为光固化树脂（或称光敏树脂），光固化树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂及光引发剂。根据引发剂的引发机理，光固化树脂可以分为三类：自由基光固化树脂、阳离子光固化树脂和混杂型光固化树脂，三种各有优点，目前的趋势是使用混杂型光固化树脂。 3. 应用 光敏树脂液相固化成形的应用有很多方面，可直接制作各种树脂功能件，用作结构验证和功能测试；可制作比较精细和复杂的零件；可制造出有透明效果的制件；制作出来的原型件可快速翻制各种模具，如硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、合金模、电铸模、环氧树脂模和起化模等。 二、选择性激光粉末烧结成形(SLS—Selected Laser Sintering) 又称选区激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C. R. Dechard于1989年研制成功。美国DTM公司已商品化。 1. SLS工艺原理 SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。采用CO2激光器作能源，使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层（0.1～0.2mm）粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。 2. 特点和成形材料 特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件，特别是可以直接制造金属零件。 另一特点是SLS工艺无需加支撑，因为没有被烧结的粉末起到了支撑的作用。因此可以烧结制造空心、多层缕空的复杂零件。 SLS烧结成形用的材料，早期采用蜡粉及高分子塑料粉，用金属或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺也已达到实用阶段、任何受热粘结的粉末都有被用作SLS原材料的可能性，原则上这包括了塑料、陶瓷、金属粉末及它们的复合粉。 为了提高原型的强度，用于SLS工艺材料的研究转向金属和陶瓷，这是SLS工艺优越于SL、LOM工艺之处。 金属粉末的制取越来越多地采用雾化法。主要有两种方式：离心雾化法和气体雾化法，它们的主要原理是使金属熔融，高速将金属液滴甩出并急冷，随后形成