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摘要:通过分析八种快速成型的新方法和新工艺,讨论了快速成型的开展方向。认为快速成型将向复合成型、降低本钱、简化工艺,进步速度和精度的方向开展。
关键词:快速成型新方法
快速成型是制造技术的一次飞跃,它从成型原理上提出一个全新的思维形式,为制造技术的开展创造了一个新的机遇。自80年代初材料累加成型思想产生以来,研究人员开发出了许多快速成型技术,如光固化成型〔SL〕、粉末烧结成型〔SLS〕、层叠法成型〔LOM〕、熔积成型〔FDM〕等多达十余种详细的工艺方法。这些工艺方法都是在材料累加成型的原理根底上,结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的,它与其他学科的开展亲密相关。快速成型制造技术是一个具生命力的技术,近年来研究和开发人员不断探究新的方法。本文通过分析几种新的快速成型方法说明快速成型的开展方向。
1、多种材料组织的熔积成形
美国卡内基梅伦〔CarnegieMellon〕〔Stanford〕〔ShapeDepositionManufacturingofHeterogeneousStructures〕。与此相似,西安交通大学卢秉恒教授在1995年申请国家自然科学基金工程?一种微机械制造的新方法?中也阐述了用多个喷头熔积不同材料来制造微机械的思想,该工程1996年获国家自然科学基金资助。
这种方法的原理如下:利用等离子放电来加热金属丝材料,加热头的构造如图1
所示,熔化的材料熔积到工件逐渐成型。制做一个多种材料的工件时需要多个喷头,各喷头可分别喷出不同的材料。在CAD设计中,可以设计出一个完好的器件,器件中的零件由不同材料组成,分层后的材料信息将在每个层面中表达出来。在每一层面上,根据各部分所需要的材料要求,分别喷上所需材料,这样逐层制造就可成形出一个多种材料和部件的三位实体器件。这种技术可在一些小型复杂构造器件的一次整体制造中使用,而无需分件加工和装配,是一个材料与构造一体化的方法,是开展微机械制造的一条有效途径。
2、气相沉积成型〔SALD〕美国康奈迪格〔Connectict〕大学的KevinJakubeas
阐述了一种基于活性气体分解沉淀的成型技术,它称之为“Selectivearealaserdeposition〞,即使用高能量激光的热能或光能分解一种活性气体。这种活性气体在激光的作用下发生分解,沉积出一个材料的薄层进展逐层制造。Jakubeas认为通过改变活性气体的成分和温度以及激光束的能量,可以沉积出不同材料的零件,包括成型陶瓷和金属零件。
气相沉积成型
3、侵入式光成型
日本大阪
Sangyo大学的YojiMarutani描绘了一个新的立体光成形技术。它是将激光光束通过一个管子直接插入到光敏树脂槽中,管子可在程度方向上自由运动。为了在光固化时防止树脂流入管子而将工件与管子粘到一起,可在管子中充入空气,控制气压,在管口部形成气泡,将管子端口与工件别分开,激光通过管子中的透镜聚焦在工件上进展逐层加工。这种方法,可以节省通常的光固化成型的再涂层装置与工艺,节约加工时间,进步加工效率。
侵入式光成型原理
4、层扫描光固化法
西安交通大学在1996年提出了一种高效低本钱的光固化快速成型方法。以紫外灯为廉价的光源,利用一簇光纤将光引到扫描光条上。光纤在扫描光条上横向排列,光条运动,各条光纤上的光开关根据图形扫描信息有序开断,从而在光固化树脂液面上扫描出一个固化层。扫描条每运动一次就可形成一个层面,从而大大进步了成形效率。本工程获
1997年度国家自然科学基金资助,目前工作正在进展中。
此主题相关图片如下:
5、轮廓成型工艺
美国南加州〔SouthernCalifornia〕大学的BarokKhoshnevis申请了一个称为“cotourcrafting〞的专利技术。它将挤压的工艺与类似于FDM
的成型方法结合起来,用一个“抹刀〞成型零件的上外表和侧外表。这种方法可以光顺零件的内外表面,消除层层累加制造所产生的台阶效应。这样可允许每一层的厚度在比较厚的情况下仍有光滑的外表,从而进步加工速度。
轮廓成型工艺原理图
6、直接光成形
美国德州仪器公司〔TexasI
nstruments〕的SusannaVentura开发了一种直接光成型系统〔Directphoto-shaping〕。该系统以光固化树脂作为粘接剂,采用光照射光固化树脂与陶瓷的混合物,将陶瓷粘接起来,逐层固化,制造出陶瓷零件,零件经过培烧后,将树脂烧掉,陶瓷烧结成型。通过这种方法可以进展陶瓷或粉末冶金零件的制造,解决难加工零件的成型。
7、三维焊接成型
英国诺丁汉〔Nottingham〕
等人提出了一种基于三维焊接成形的方法。它利用焊接机器人制造金属零件。过去在制造零件时,由于液态金属的外表张力和流动性,层与层之间的连接不结实,会出现裂纹,从而影响物理性能和力学性能。他们提出用凸凹结合的方法进展连接,以进步层之间的粘接强度。这是一种机械连接法,可进步金属零件的强度。
三维焊接成型连接工艺
8、光成型外表光顺工艺
英国诺丁汉(Nottingham)大学的一个科研小组提出了一种对光固化成型外表修整的方法,可减小制件的外表粗糙度值。在扫描完一层后,托板上升一个层厚,在层之间的台阶上还会吸附部分树脂,由于外表张力的作用,吸附的这部分树脂把台阶之间的空隙填充了起来,再用激光照射使其固化,就可以填补台阶,将零件外表光顺起来,从而减小制件的外表粗糙度值。
从以上所述可以看到:快速成型技术正在向着多种材料复合成型方向开展,无需装配一次制造多种材料、复杂形状的零件和器件。这种将材料制备与构造成型一体化的快速成型方法,将为开发复合构造成型提供新途径,在微机械、电子元器件、电子封装、传感器等领域有广泛的应用前景。快速成型将向降低本钱、进步效率、简化工艺的方向开展,其目的是普及快速成型技术和进步快速成型的应用范围。进步成型件的精度、外表质量、力学和物理性能,为进一步进展模具加工和功能实验提供根底。
此主题相关图片如下:
光成型外表光顺工艺
参考文献:
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JournalofManufacturingSystems,1997,16(4):239~248
[2]Seventh
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