快速原型制造技術(shù)及其應(yīng)用

趙顯日

遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)系

快速原型制造技術(shù)及其應(yīng)用

趙顯日

遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)系

快速原型制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)之一，目前技術(shù)比較成熟。本文主要對(duì)快速原型制造技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)快速原型制造技術(shù)的實(shí)際使用狀況進(jìn)行研究。

快速原型制造技術(shù)；原理；工藝方法；應(yīng)用

快速原型技術(shù)包含了多方面的制造技術(shù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的使用范圍不斷增加，相應(yīng)的產(chǎn)品造型和設(shè)計(jì)能力也得到了加強(qiáng)，但是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)成型之時(shí)，準(zhǔn)備投入生產(chǎn)的時(shí)候，在對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)、論證的時(shí)候，基本上還是采用了過(guò)去的模式。為了更好的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過(guò)程中，都還要不斷的降低資金損耗，提升其速度。快速原型技術(shù)的產(chǎn)生，就有效的彌補(bǔ)了其中的不足，并且受到了國(guó)外的青睞。

1 快速原型制造技術(shù)工藝方法

1.1 立體光刻

立體光科又名立體印刷或光造型，該方式主要是運(yùn)用液態(tài)光敏樹(shù)脂的光固化原理，其中液槽中主要保留了光敏樹(shù)脂，該形態(tài)以液體為主，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，利用適量的紫外波長(zhǎng)激光束進(jìn)行直射，隨后就會(huì)產(chǎn)生固化的情況。在進(jìn)行操作的過(guò)程中，工作臺(tái)以液面為主，在激光光電融合之后，再次利用計(jì)算機(jī)對(duì)液面進(jìn)行細(xì)致掃描，使其在同等層面內(nèi)進(jìn)行適量的固化。在完成一部分掃描后，相應(yīng)的固化情況就會(huì)出現(xiàn)，而沒(méi)有被照射的地方，仍然處于液態(tài)的狀況。隨后利用升降架的作用，適當(dāng)降低平臺(tái)高度，其頂部又會(huì)形成樹(shù)脂，然后進(jìn)行第二部分的掃描，新的固體表面和上層會(huì)緊密聯(lián)系起來(lái)，不斷重復(fù)操作，保證零件的完成。在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，最為先進(jìn)的技術(shù)就是SLA方法，針對(duì)工藝來(lái)說(shuō)，其顯著優(yōu)勢(shì)就是制作零件較為精準(zhǔn)，并且在CAD模型設(shè)計(jì)中使用廣泛，能夠提供樣品和實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺?/p>

1.2 分層實(shí)體制造

根據(jù)零件的分層構(gòu)造，對(duì)箔材和紙進(jìn)行切割，在得到層片之后進(jìn)行融合，完成三維實(shí)體。第一要準(zhǔn)備相應(yīng)的箔材，在計(jì)算機(jī)的把控中運(yùn)用CO2激光器完成該層的外形切割，針對(duì)非零件部分，就要全部切碎，進(jìn)行清楚。在完成該層后，在填入箔材，對(duì)其進(jìn)行來(lái)回碾壓，然后加熱，使用固化粘結(jié)劑把兩個(gè)部分進(jìn)行融合，然后把該輪廓切除，不斷進(jìn)行上述操作，以便獲得系統(tǒng)的零件。

對(duì)現(xiàn)在的紙片層壓式工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其模具主要是以紙為主要素材，然后不斷逐層疊加紙片，在紙片后面加入熱熔性粘合劑，在裁切之后可以保證其模型的產(chǎn)生，其優(yōu)勢(shì)在于速度快、資金消耗少，比較適合在辦公室中使用。

1.3 熔融沉積成形

該技術(shù)是以分層粘結(jié)制造為基礎(chǔ)，該材料熔融溫度低、粘度低、容易融合、收縮率小。材料出現(xiàn)后，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，噴頭可以進(jìn)行X-Y聯(lián)動(dòng)掃描，并且可行Z向運(yùn)動(dòng)，其噴頭中的絲材會(huì)加熱，而且和熔點(diǎn)相比比較高。在進(jìn)行掃描的時(shí)候，噴頭可把熔融材料噴出，在迅速冷凍之后加工層開(kāi)始出現(xiàn)而且可以和上層進(jìn)行融合，利用這種掃描方式能夠進(jìn)一步加強(qiáng)空間實(shí)體的形成。針對(duì)工藝來(lái)說(shuō)，其核心就是對(duì)半流動(dòng)成形材料進(jìn)行保護(hù)，使其處于凝固溫度點(diǎn)，一般情況下需要高出凝固溫度大約1℃。其優(yōu)勢(shì)在于速度快、污染小，可以在辦公室環(huán)境中運(yùn)用。

2 快速原型制造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在模具制造中的應(yīng)用

在模具制造的過(guò)程中，利用快速原型制造技術(shù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)的先進(jìn)程度進(jìn)行的幫助，可以大大減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，以該技術(shù)為基礎(chǔ)的模具發(fā)展形勢(shì)已經(jīng)興起，并在快速制造方面發(fā)揮了重要的作用。針對(duì)金屬模具中的快速制造而言，其內(nèi)容以零件三維造型為核心，快速形成系統(tǒng)能夠進(jìn)行分層堆積，從而保證金屬模具和零件最終形成不需要進(jìn)行相關(guān)工藝的轉(zhuǎn)化。其中金屬模具間接快速制造，主要是利用快速形成技術(shù)，把快速模型構(gòu)建出來(lái)，該模型具有實(shí)際的外形，然后以快速原型為核心，然后利用其他技術(shù)對(duì)該模具進(jìn)行復(fù)制。

2.2 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用

針對(duì)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究來(lái)說(shuō)，還需要不斷的進(jìn)行驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和研發(fā)。利用快速原型技術(shù)對(duì)其進(jìn)行使用，在產(chǎn)品研發(fā)初始階段可以獲得產(chǎn)品原型，所以可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的性能，在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候能夠排除其錯(cuò)誤的產(chǎn)生，這樣不僅可以降低制造成本，還能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。并且，利用該技術(shù)，可以提升其制作效率，減少時(shí)間的浪費(fèi)。

（1）提升系統(tǒng)的性能是該技術(shù)發(fā)展的核心內(nèi)容。現(xiàn)在這個(gè)系統(tǒng)的資金投入為10萬(wàn)美元以上,系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)增加，激光器需要不斷轉(zhuǎn)換，耗資較大，對(duì)該技術(shù)的使用造成了阻礙。

（2）加工常規(guī)材料是該技術(shù)的主要模式?？焖僭椭圃煜到y(tǒng)的材料投資較大，還具有一定的危險(xiǎn)性，其易碎和翹曲也是其劣勢(shì)所在，怎樣把其運(yùn)用到工業(yè)常規(guī)用材中去，還需要進(jìn)一步的研究。

（3）完成系統(tǒng)接口的通用化。快速原型技術(shù)無(wú)模成形,是以CAD系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并在計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備上直接生產(chǎn)相應(yīng)的產(chǎn)品，不需要模具的支持，能夠節(jié)約材料和資金損耗。所以，該技術(shù)可以使用由三維CAD模型構(gòu)造的復(fù)雜原型，節(jié)省了很多不必要的過(guò)程，大大減少了產(chǎn)品出現(xiàn)的時(shí)間，減少了資金損耗，從而使得產(chǎn)品能夠迅速進(jìn)入市場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)獲得用戶(hù)的意見(jiàn)和想法。但是CAD系統(tǒng)的接口還沒(méi)有通用格式，存在一些問(wèn)題，阻礙了快速原型技術(shù)的使用和推行，所以還需要不斷的進(jìn)行研究，找到通用化系統(tǒng)的接口。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，快速原型制造技術(shù)是一種新型的制造技術(shù)，我們通過(guò)分析快速原型制造技術(shù)工藝方法，探討其在模具制造和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用情況可以看出其技術(shù)的先進(jìn)性，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)一定會(huì)在更多的領(lǐng)域中得到廣泛的使用，并且為社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

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[2]羅建春,高誠(chéng)輝,彭育輝等.面向快速原型制造的數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)化處理[J].現(xiàn)代制造工程,2012,（1）：84-87

[3]唐通鳴,裴一,李志揚(yáng)等.基于Pro/E的三葉結(jié)快速原型制造[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2015,（3）：57-59

趙顯日（1966-），女，遼寧鳳城人,遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。