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快速成形法 |
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快速成形法(Rapid PrototyPing，又称为快速出样件技术或快速原型法)是国外80年代中后期发展起来的一种新技术，它与虚拟制造技术(Virtual Manufacturing)一起，被称为未来制造业的两大支柱技术。快速成形技术对缩短新产品开发周期，降低开发费用具有极其重要的意义，有人称快速成形技术是继NC技术后制造业的又一次革命。目前RP技术已成为各国制造科学研究的前沿学科和研究焦点。
图1 快速成形法原理
图2 快速成形法与反求工程
一、快速成形法的基本原理
快速成形技术是综合利用CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料技术实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它采用软件离散一材料堆积的原理实现零件的成形，如图2-3-1所示。 具体过程如下：首先利用高性能的CAD软件设计出零件的三维曲面或实体模型；再根据工艺要求，按照一定的厚度在Z向(或其它方向)对生成的CAD模型进行切面分层，生成各个棱面的三维平面信息；然后对层面信息进行工艺处理，选择加工参数，系统自动生成刀具移动轨迹和数控加工代码；再对加工过程进行仿真，确认数控代码的正确性；然后利用数控装置精确控制激光束或其它工具的运动，在当前工作层(三维)上采用轮廓扫描，加工出适当的截面形状；再铺上一层新的成形材料，进行下一次的加工，直至整个零件加工完毕。可以看出，快速成形技术是个由三维转换成二维(软件离散化)，再由二维到三维(材料堆积)的工作过程。
快速原型法不仅可用于原始设计中快速生成零件的实物，也可用来快速复制实物(包括放大、缩小、修改和复制)。其工作原理是，用三维数字化仪采集三维实物信息，在计算机中还原生成实物的三维模型，必要时用三维CAD软件进行修改和缩放，然后进行三维离散化并送到成型机生成实物。整个过程如图2-3-2所示。
图3 LSL快速成形技术工作原理
二、快速成形技术的主要工艺方法
LSL(Laser Stero Lithography)法 LSL法是以各类树脂为成形材料，以氦-镉激光器为能源，以树脂受热固化为特征的快速成形方法。具体做法是，由CAD系统设计出零件的三维模型，然后分属设定工艺参数，由数控装置控制激光束的扫描轨迹。当激光束照射到液态树脂时，被照射的液态树脂固化。当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面，然后移动工作台。加上一层新的树脂，进行第二层扫描，第二层就牢固地粘贴到第一层上，就这样一层一层加工直至整个零件加工完毕。图3表示了LSL快速成形技术工作原理。
LOM(Laminated Object Manufacturing)法 LOM法的特点是以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)为材料，利用CO2激光器为能源，用激光束切割片材的边界线，形成某一层的轮廓。各层间的粘接利用加热、加压的方法，最后形成零件的形状。该方法的特点是材料广泛，成本低。
SLS(Selective Laser Sintering)法 SLS法采用各种粉末(金属、陶瓷、蜡粉、塑料等)为材料，利用滚子铺粉，用CO2高功率激光器对粉末进行加热，直至烧结成块。利用该方法可以加工出能直接使用的金属件。
FDM(Fused Deposition Modeling)法 该方法使用蜡丝为原料，利用电加热方式将蜡丝熔化成蜡液，蜡液由喷嘴喷到指定的位置固化。一层层地加工出零件，该方法污染小，材料可以回收。
三、快速成形法的特点和适用范围
快速成形法具有下列特点和优点：
更适合于形状复杂的、不规则零件的加工；
减少了对熟练技术工人的需求；
没有或极少废弃材料，是一种环保型制造技术；
成功的解决了计算机辅助设计中三维造型“看得见，摸不着”的问题；
系统柔性高，只需修改CAD模型就可生成各种不同形状的零件；
技术集成，设计制造一体化；
具有广泛的材料适应性；
不需要专用的工装夹具和模具，大大缩短新产品试制时间；
零件的复杂程度与制造成本关系不大。
以上特点决定了快速成形法主要适合于新产品开发，快速单件及小批量零件制造，复杂形状零件的制造，模具设计与制造，也适合于难加工材料的制造，外形设计检查，装配检验和快速反求工程等。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(5/7/2004) |
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