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基于LOM的快速成型及其在产品开发中的应用 |
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作者：张健 芮延年 陈洁 |
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引言
快速成型(Rapid Prototyping， RP)技术是20世纪80年代后期发展起来的先进制造技术之一。它涉及CAD /CAM技术、数据处理技术、材料技术、CNC技术、测试传感器技术、激光技术和计算机软件技术等，是各种高技术的综合应用。快速成型技术能快速地将任意复杂形状的产品零件的计算机辅助设计模型(CAD模型)转换为物理模型、零件原形甚至零件，无需采用专用工具和工装;能自动、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，从而可以直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货以及企业的决策等，从而大大提高了新产品开发的一次成功率，缩短了产品研制周期。
目前，比较成熟的快速成型工艺方法已达十余种，得到广泛应用的主要有如下几种:光固化成型技术( SLA) 、分层实体制造技术(LOM ) 、激光选区烧结技术( SLS) 、熔融沉积技术( FDM )等快速成型技术。其中，由于LOM技术的制造原型精度高，成型件质量高、成本低的特点，特别适合于中、大型制件的快速成型。LOM技术作为一种快速、高效及低成本的RP系统在汽车、航空航天、通信电子领域及日用消费品、制鞋、运动器械等行业得到广泛的应用。
1 LOM 成型的基本原理及其一般工艺过程
1. 1 LOM 成型的基本原理
分层实体制造(Laminated ObjectManufacturing，LOM) ，又称薄形材料选择性切割，是RP领域最具代表性的技术之一。其成型原理是采用激光器按照CAD分层模型所获得的数据，用激光束将单面涂有热熔胶的薄膜材料的箔带切割成原型件某一层的内外轮廓，再通过加热辊加热，使刚切好的一层与下面切好的层面粘接在一起。通过逐层切割、粘合，最后将不需要的材料剥离，得到欲求原型。其工艺原理如图1所示。
图1 LOM 工艺的成型原理图
1. 2 LOM 原型成型的一般工艺过程
LOM成型的一般工艺过程大致如下:
(1) 料带移动，使新的料带移到工件上方。
(2) 工作台往上升，同时热压辊移到工件上方，工件顶起新的料带，工作台停止移动，热压辊来回碾压新的薄材材料，将最上面一层的新材料与下面已成型的工件部分粘结起来，添加一新层。
(3) 系统根据工作台停止的位置，测出工件的高度，并反馈回计算机，计算机根据当前零件的加工高度，计算出三维实体模型的交截面。
(4) 交截面的轮廓信息输入到控制系统中，控制CO2 激光器沿截面轮廓切割。激光的功率设置在只能切透一层材料的功率值上。轮廓内、外面无用的材料用激光切成方形的网格，以便工艺完成后分离。
(5) 工作台向下移动，使刚切下的新层与料带分离。
(6) 料带移动一段比切割下的工件截面稍长一点的距离，并绕在复卷辊上。
(7) 重复上述过程，直到最后一层。分离掉无用碎片，得到三维实体。
LOM成型的工艺过程如图2所示。
图2 LOM 成型过程示意图
LOM技术的特点是制造的原型精度高，分层实体制造中激光束只需按照分层信息提供的截面轮廓，而不用扫描整个截面，且无需设计和制作支撑，所以制作效率高、速度快、成本低。结构制件能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加工。缺点是由于材料质地原因，加工的原型抗拉性能和弹性不高，易吸湿膨胀，需进行表面防潮处理。
2 产品开发实例
由于LOM技术是基于分层切片来获得制件的截面形状，因此，对于形状复杂或曲面较多的制件，与传统机加工相比，愈能显现其优势。下面以某轿车零件为例来说明LOM技术在产品开发中的应用。
轿车零件原型制作是在华中科技大学生产的HRP2ⅡB 快速成型机上进行的。首先，根据对设计的要求，通过三维造型软件Solid Works对其进行设计和造型;然后，将得到的模型进行数据转换导入到LOM原型制造HRP2003系统，再设置相关的加工参数;最后，对制作的原型进行各方面的评估，然后再修改加工，直至最终产品定型。
3 结束语
随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争愈演愈烈，产品更新换代加速，迫切需要采用先进的创新手段。用传统的方法制造物理原型时，通常需要使用多种机床设备和模具，既费时又费钱，快速成型(RP)技术的出现，可以在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。而LOM系统作为比较流行的RP系统之一有其独特的优点，其应用领域和应用途径日益广泛，必将给制造业带来巨大的效益。(end)
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(11/17/2011) |
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