成型技術的革命性突破
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近20年來制造技術領域所出現的革命性發展,突破了傳統的加工模式,可以自動、快速、直接、精確地將設計思想轉化為具有一定功能的原型或直接制造零件,這就是集成了CAD技術、數控技術、激光技…
近20年來制造技術領域所出現的革命性發展,突破了傳統的加工模式,可以自動、快速、直接、精確地將設計思想轉化為具有一定功能的原型或直接制造零件,這就是集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果的快速成型技術(RapidPrototypingManufacturing,RP)。這種技術有效地縮短了產品的研發周期,可以節省70%的制造成本和90%的時間,可以在不用模具的條件下生成幾乎任意復雜形狀的零部件,從而給制造業帶來了根本性的變化。
RP技術的基本工作原理是離散與堆積,即“分層制造、逐層疊加”。首先,借助三維CAD采集到有關原型的幾何形狀、結構和材料的組合信息,獲得目標的三維數據模型,從中得到各層截面的輪廓數據,之后,將這些信息輸出到計算機控制的機電集成制造系統,控制激光器或噴嘴有選擇性地燒結薄層的金屬粉末、陶瓷粉末等特殊材料,形成一系列厚度微小的片狀實體,再采用熔結、聚合、粘結等手段使其逐層堆積成一體,便可以制造出所設計的產品。
立體光刻成型技術就是一種RP技術。它以光敏樹脂為原料,將紫外光在計算機控制下按零件的各分層截面信息,在光敏樹脂表面進行逐點掃描,被掃描區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化,形成一個薄層;一層固化完畢后,升降臺上移一個層厚的距離,在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂,然后進行下一層的掃描加工;新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此重復直至整個原型制造完畢。這是目前世界上技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成型方法。
與此相似,用激光束來掃描原材料而用粉末材料代替液態光聚合物,即為選區激光燒結技術。激光在計算機控制下,在選定的掃描軌跡上作用于粉末材料,有選擇地融化粉末,使粉末粘結固化而形成一個層面,而未被燒結的粉末就成為支撐材料,然后使粉末固結面下降一定的高度再鋪上一定厚度的新粉末,重復以上工序,直到形成一個三維實體。
材料粉末也可以不通過燒結連接起來,而是通過噴頭用粘結劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面,這就是三維打印技術。這種工藝采用了打印技術中的噴墨方法,噴頭在不直接接觸粉末表面的情況下,有選擇地將粘結劑噴到需要的位置上,將零件的片層逐層粘結起來。
RP技術已經顯示出極大的技術優勢和廣闊的應用前景。第一,不受零件形狀和結構復雜程度的限制;第二,大大縮短產品設計開發的周期,加快產品更新換代的速度,特別適合小批量及復雜異形產品的直接生產;并可避免外協加工的數據泄密和時間跨度,尤其適合高保密性行業;第三,與互聯網結合,可以實現遠程設計和制造;第四,由于無縫連接的特點,結構之間的穩固性和連接強度要遠高于傳統方法。因此,它在醫學科學和航空航天等關鍵領域都將獲得重要的應用。
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