快速成型与3D打印 在快速铸造中的应用 3d打印技术在快速铸造中的应用.doc

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 快速成型与3D打印 制作人：吴兵 PAGE 2 制作人：吴兵 3D打印技术在快速铸造中的应用 一、快速成型技术及工艺方法 快速成型技术(Rapid Prototyping Technology,简称RPT)也称快速原型技术、快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)是1980年代末国外发展起来的一种新技术,它是顺应快速开发产品的客观需要而产生的,它集计算机CAD/CAM技术、数控技术、激光加工技术及新材料技术于一体,采用软件离散化和材料堆积的原理实现实体的成型。目前,其成型方式已从激光层析扫描使液态热固性塑料固化成实体样件,发展到直接由丝状成型材料经层析融积成实体样件。快速成型所用的成型材料,也由过去的液态热固性塑料,发展为采用粉丝状、丝状、片状的塑料、塑脂、石腊、纸等,为特种铸造和铸造模具的快速成型制造提供了有利条件。 快速成型技术的工艺方法很多,目前世界上比较成熟并已投入使用的RPT主要有SLA、LOM、SLS、FDM、TDP等原理的快速造型系统。 张志强, 林红梅. 快速成型技术及其在特种铸造中的应用. 机械工程师[J]. 2006, (1): 22-25 立体光照成型(SLA) SLA采用紫外激光束或半导体激光器作为光源使光敏树脂硬化生成三维物体。该成型方法是在液槽中盛满液态光敏树脂,树脂可在紫外光照射下进行聚合反应并发生相变,由液态变成固态。成型开始时,工作平台置于液面下一个层高的距离,控制一束能产生紫外线的激光。按计算机所确定的轨迹,对液态树脂逐点扫描,使被扫描区域固化,从而形成一个固态薄截面,然后升降机构带动工作台下降一层高度,其上覆盖另一层液态树脂,以便进行第二层扫描固化新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个模型制造完毕。工作台上升到容器上部,排掉剩余树脂,从SLA机取走工作台和工件,用溶剂清除多余树脂,经过一定时间紫外曝光后,工件完全固化。SLA法工艺稳定,成型件有较好的尺寸精度和较光洁的表面,很适合用作母模。 分层实体制造(LOM) 物体分层制造技术是通过对原料纸进行激光切割与粘合的方式来形成零件的。薄片叠层制造系统是由计算机、原材料存储及送进机构、热压机构、激光切割系统、升降工作台和数控装置等组成的。原材料存储及送进机构将存于其中的底面有热熔胶及添加剂的纸或其它薄片材料(金属箔、塑料薄膜等),逐步送到工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线，对纸进行切割,热压机构将一层层纸粘合在一起。该方法特点是成型速度快、成本低廉、精度高。采用纸作原材料的纸质模可取代传统木模用于小批量的铸造生产。 选择性激光烧结(SLS) 选择性激光烧结技术与立体光照成型技术很相似,也是用激光束来扫描各种原材料,但用粉末物质代替了液态光聚合物。全部烧结完后将工件从工作室里取出,有些还要经砂纸打磨,去除多余的粉末获得零件。SLS成型件的强度较好,虽然尺寸精度和表面光洁度不如SLA成型件,但作为铸造模型仍很适合。 4. 熔融沉积制造(FDM) FDM法不使用激光技术,喷头由计算机控制作X-Y方向联动扫描及Z方向运动,加热喷头将丝状热塑性材料(如ABS塑料丝、蜡丝、尼龙丝、聚酰胺丝等)加热至熔融状,然后根据截面轮廓信息选择性地涂覆在工作台上,快速冷却后形成截面轮廓。一层成型完成后,喷头上升截面层高度再进行下一层的涂覆,每层厚度范围在0.025～0.762mm之间,如此循环直到形成三维产品。FDM法虽然成型件的精度较低,但原材料的利用率较高且成型速度快,应用在铸造模具方面前景广阔。 5. 三维印刷系统(TDP) 三维印刷系统法也是一种不依赖于激光的快速成型技术,美国的ZCcorp与日本的Riken Institute于2000年研制出基于喷墨打印技术的、能制作出彩色原型件的RP设备。它的喷头喷射出来的材料呈液态,更像喷墨式打印头那样,形成三维实物。TDP法可用的材料范围可以很广,成型原料主要是粉末(如氧化硅、氧化铝等)及液态胶粘结剂。粘结得到的模型还需在加热炉中作进一步的烧结或固化,以便提高粘结强度。美国Soligen公司基于该原理推出的直接型壳铸造(Direct Shell Production Casting,简称DSPC)法,用陶瓷粉末作原料,可直接做成铸造陶瓷型壳或陶瓷模具。 二、快速铸造 采用快速原型的离散-堆积成形原理与工艺完成铸型制造的技术与方法称为快速铸型制造。快速铸造又可分为间接快速铸造和直接快速铸造，前者运用RP技术所完成的仅是铸型的原型，需进一步地翻制和转换才能获得用于浇注的铸型，可用于砂型铸造、消失模铸造、陶瓷型铸造、熔模铸造等，故