快速成型技术简介

作者：中科院广州电子技术有限公司

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, ... 快速成型 (Rapid Prototyping) 是近年来发展起来的直接根据 CAD 模型快速制作样件或零件的技术，它集成了计算机辅助设计 (CAD) 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技，是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同，快速成型从零件的 CAD 几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。 与传统方法相比具有独特的优越性和特点 : ◆产品制造过程几乎与零件的复杂性无关。 ◆产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。 ◆采用非接触加工，没有工具更换和磨损之类的问题，可以做到无人值守。 ◆无切割、噪音和振动等，有利于环保。 ◆生产过程数字化，与 CAD 模型具有直接的关联，零件可大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造。 ◆与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造，小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。 快速成型技术的应用 快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。 目前主要是应用于新产品开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计→造型设计→结构设计→基本功能评估→模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。 快速成型技术的主要应用各行业的应用状况如下 : ◆汽车、摩托车 : 外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。 ◆家电 : 各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。 ◆通讯产品 : 产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。 ◆航空、航天 : 特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。 ◆轻工业 : 各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。 ◆医疗 : 医疗器械的设计、试产、试用， CT 扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。 ◆国防 : 各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。 快速成型的作业流程 无论是新的概念设计还是产品仿制，快速成型的过程是 ◆生成三维 CAD 模型或曲面模型文件，将 CAD 数据转换成 STL 文件格式，并利用软件从 STL 文件 “ 切 ”(Slice) 出一定厚度的一系列的片层，或者直接从 CAD 文件切出一系列的片层，得到这一系列片层的过程称为数据转换。 ◆将每一片层的资料传到快速成型设备中去，依次将每一层扫描出来，直到完成整个零件。 ◆判断得到的零件实物是否满足要求，如果满足要求，就可以对其进行进一步测试和研究，也可以进行小批量的生产，模具开发过程结束。 ◆如果不满足要求，则需要修改 CAD 数据甚至重新设计得到 CAD 数据，重复上述步骤，直到合乎要求为止。 激光固化快速成型基本原理 激光固化快速成型技术，迴异于传统的去除成型、拼合成型、或受迫成型等加工方法，而是采用材料累加法制造零件原型，它是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态的光敏树脂材料在一定波长和强度的紫外光 ( 如λ =355nm) 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。 液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在扫描偏转镜作用下能在树脂上扫描 , 扫描的轨迹及光束的有无均由计算机控制 , 光束照射到的地方 , 树脂就固化，成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，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，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫描，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 , 得到一个三维实体模型。 激光固化快速成型技术要解决的关键问题 ◆光固化成型工艺中使用光敏树脂材料，光敏树脂材料经历由液体到固体的相变过程，在这一过程中，液态的单体分子发生聚合反应变为以化学键结合形式的固态，由于形成固态后分子之间距离缩小，材料体积收缩而导致零件产生变形； ◆由于设计和制作的原因，如用作控制激光束扫描的振镜的转动角和二维平面的非线性映射关系、双扫描的振镜的布放方式和光学系统的动态焦距等问题而产生形变； ◆由于机械控制的原因，如升降台下降的每一层高度不均匀导致零件变形甚至分节； ◆在光固化过程中已固化部分可能因下沉或漂移而产生形变。 GIET0501 系列激光固化快速成型设备的技术特点 ◆使用精密设计的光速聚焦和扫描系统，获得较小的光斑尺寸，提高定位精度，提高设备的技术性能指标，减少设备中光机系统的畸变失真； ◆利用预处理软件对产品的 3D 设计数据进行处理，根据所使用的光敏固化树脂的特性进行收缩预补偿、选择合适的支撑结构和优化工艺的控制参数，减少固化成型过程中零件的收缩变形而提高成型零件的精度； ◆采用高稳定度的激光器，结合动态激光功率监测，闭环控制扫描速度，达到稳定均匀的激光辐照能量。 GIET01 系列激光固化快速成型设备的技术参数 使用 GIET01 系列激光固化快速成型设备生成的部件 GIET01 系列激光固化快速成型设备的运动机构系统 GIET01 系列激光固化快速成型设备的光路系统 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/30/2008)