快速原型制作和加工工艺

作者：Wolfgang G. Trapp

欢迎访问e展厅 展厅 5 三维打印机展厅 三维打印机, 快速成型机, 3D打印材料/光固化材料, 快速成型制造软件, ... 德国Hofmann Modellbau 公司专业从事快速原型制作和快速加工。他们在某一个项目的整个过程中一直保持与顾客的联系，直至生产出产品。在起始阶段，他们探寻出顾客的真正需要是什么，并对选择恰如其分的原型制作方法提出意见。对于这个选择，有标准能让人做出明确的决定。那些标准包括所需原型的用途、材料、所需部件的数量，而最重要的是时间期限和预算。 Hofmann Modellbau利用了很多种类的RPT方法。这些方法当然包括现在流行的立体平版印刷和激光烧结工艺。稍微不为人熟知的是多喷口成型方法（MJM），和在真空炉内完成的硅树脂模的真空铸造。对于反应注射成型（RIM）工艺有合成树脂材料的模具，而对于较大和较软的试样、模型和原型，可用传统的五轴铣削方法。最新的Mecof铣床使加工所有等级的汽车零配件成为可能。 最佳工艺的选择 需要在两天之内获得制品的人们别无选择，只有采用较简单的感光性树脂原型制作工艺，例如立体平版印刷或激光烧结，而没有足够的时间来进行真正的成型工艺。如果原型部件的材料必须与批量生产所用的材料相同，那么就需要树脂、混合物或铝等材料的模具（包括具有激光烧结金属嵌件的），这很费时的。在这种情况下，方法的选择与部件的几何形状密切相关。但是这样，顾客不得不等待数天或数周以得到第一个原型部件。 Hofmann Modellbau的专家和项目管理人员富于经验，能为顾客更容易地作出选择，并建议合适的方法。不会轻易确定乐意某一种原型制作工艺，因为内部可利用方法的范围是很广的。每一种RPT方法各居其位，专家会提出公平的意见。这样，顾客被引入最合适和最经济的RPT方法。 一般来自时间的压力决定着哪种RPT方法能被利用。从获得数据，到完成一个立体平版印刷（STL）而成的部件，如果部件不是太大或者太复杂，有时仅仅只要花费24小时时间。如果需要激光烧结的聚酰胺材料部件，而所用的机器连续不断地运转，约在30个小时之内可以准备好。真空浇铸部件通常在48小时之内完成。如果要加工部件，在Hofmann Modellbau公司拥有的Fidia、Jobs、Hermle或Mecof多轴铣床的任何一台之上，约花三天就可完成工作。 如果需要更多的优质材料部件，用树脂模具可在12天之内制成。对于用原始材料制成的中小批量部件，快速加工方法得到了利用。具有烧结金属模芯和模腔嵌件的铝结构复合料模具，在做出第一个部件前大约需要花费五个工作周。要花费七周的时间来制作铝质注塑模具，然后能保证用原始生产材料进行系列生产。 从生产角度考虑问题 普通的RPT方法当然是广为应用的，在其他地方也可获得。但是在Hofmann Modellbau，一切是有一点点不同的，更专业一点，工业化程度也大得多—改进过的、自动化的、效率更高的。这是试验模型、功能性原型或者更小批量的部件在那里能更快获得的原因。快速成型已摆脱工匠作坊的手工制作方式，而被提升至工业化生产的水平。 当然他们一直利用最新的材料,并且原型材料有了可看得见的实实在在的改善。由立体平版印刷制成的易碎聚合物部件的日子是一去不复返了。现代立体平版印刷可做出弹性好、不易碎的部件。早期的激光烧结聚酰胺部件具有粗糙和砂纸状的表面，已经被近于光滑的表面取代，它具有令人感觉舒适的糖粉纹理，这是因为类似含玻璃添加物的新材料已得到应用。 在金属激光烧结用材料的方面也取得了进展，这只专用于注塑模具的金属嵌件（模芯和模腔）中。在这里，过去的木纹状铜材料已经被钢粒取代，从而不再需要经常用液体锡或塑性扩散过程来实现光滑。新型钢材提供了与电火花加工的表面基本对应的表面质量，着就仅需要接着磨光或抛光就可。用这些模具能完成大型的生产作业，并在Hofmann Modellbau，这些铝质的复合材料模具和烧结金属嵌件已经在原型制作项目中占有约一成的比例。 Hofmann Modellbau也在生产工程方面进行了大量的改进。该公司将快速成型由以前的手工作业式提升至工业化生产水平。不再有适用于真空浇铸部件固化的普通加热室。相反，连续流动式加热炉使这些部件能在传送带上固化。用于RIM方法的合成树脂模具变得更大—大得能生产货车的保险杠。 Hofmann Modellbau也添置了辅助设备以实现激光烧结工艺的自动化，提高工作效率。例如，制造了处理激光烧结制品用的可移动容器。这个容器可从机器上取下来冷却几小时，同时换上备件制作新的模型。为了装卸含有烧结粉末的容器，有特别改进的工作台可使用，过多的材料能被回收，与新加的粉末混合后再利用。 另一个创新的地方是通过照相机、录像机，和在互联网上来控制激光烧结过程。习惯于操作多台机器和弹性工作时间的员工能在自己的家中控制过程的正常运转。他们进入网络系统，选择Hofmann的网址，输入密码，就能看到激光烧结机器的热加工室中有图像输入，并在晚上都保持运转。同时，发生的一切都记录在录像带中，这样在任何时候都能进行跟踪。 　 成功应用范例 制造所有象原型一样的单个部件，并为批量生产而准备好，以前这是一个两年期项目。现在从初始设计开始八个月之内就能投入生产。Hofmann Modellbau开发了象原型一样的单个部件，并都在最佳时间内准备好以作批量生产。注塑模具制造部门协助原型制作部门生产必需的注塑钢模，以便同时进行批量生产。 一个享有声誉的案例是梅塞德斯（Mercedes）S级轿车的整套汽车空调系统。在4000个工时的CAD作业后，由激光烧结首先制成三个原型。然后有20个左右的部件要经真空浇铸制成，利用了类似于浇铸工艺中“原版模型”的STL原型。差不多一百个空调部件在树脂浇铸模具内做成。接着是约2000多在铝质模具内做成。这些零件和原型一样完美，显得就象已用在新车中。Hofmann Modellbau公司用其原型制作技术完成了订单，但顾客得到了更多的服务。他们为S级轿车空调装置的批量生产制作所有的注塑模具，在样板获得认可后，就将模具交送给顾客。 这个项目的例子可以看作Hofmann Modellbau不同发展阶段的完全组合。首先，激光烧铸零件装配成组合件。接着是真空浇铸而成的预生产制品，最后是出自模具的完全组合。 那么与顾客的联络，特别是技术上的又是怎样呢？公司又是怎样处理顾客和快速原型制作工厂的CAD系统之间的相容性呢？如果顾客需要拥有全部的CAD系统，Hofmann能满足要求—配备了CATIA、AutoCAD、ProEngineer、Unigraphics、Materialize和其他的系统，手头总共有15个CAD工作台。庆幸的是，几乎所有的设计数据现在都是作为可使用的CAD设计来传送的，一般是根据互联网或ODETTE协议，这是适用于电子数据转换的欧洲标准。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/8/2004)