快速成型技术的应用与发展趋势.docVIP

快速成型技术的应用及发展趋势 摘要:；快速成型技术凭借其加工原理的独特性和相对传统加工时间的大大节省，在模具工业和修复医学方面得到了大力的推广和应用．同时也是一种结合计算机、数控、激光和材料技术于一体的先进制造技术，并提出快速成型技术未来的发展方向。 关键词：快速成型；快速模具；修复医学；成型方法；成型材料； 引言 快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)是80年代末期开始商品化的一种高新制造技术，它是集CAD／CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的必威体育精装版成果于一体的零件原型制造技术．快速成型不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一层一层积累的方式构造零件模型．它利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造产品原型．由于该技术不像传统的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造时间减少为几天、几小时，大大缩短了产品开发周期，减少了开发成本．随着计算机技术的快速发展和三维CAD软件应用的不断推广，越来越多的产品基于三维CAD设计开发，使得 快速成型技术的广泛应用成为可能．快速成形技术 已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻)、建筑模型、机械行业等领域[1]。 1.快速成型技术的应用 1.1 工业产品开发及样件试制 作为一种可视化的设计验证工具，RP具有独特的优势。(1)在国外，快速原型即首版的制作，已成为供应商争取订单的有力工具。美国Detroit的一家制造商，利用2台不同型号的快速成型机以及快速精铸技术，在接到№rd公司标书后的4个工作日内生产出了第一个功能样件，从而拿到了Ford公司年生产总值300万美元的发动机缸盖精铸件的合同。(2)在RP系统中，一些使用特殊材料制作的原型(如光敏树脂等)可直接进行装配检验、模拟产品真实工作状况的部分功能试验。Chrysler直接利用RP技术制造的车体原型进行高速风洞流体 动力学试验，节省成本达70％。(3)结合逆向工程、 并行工程，RP显示出了更大的发展空间。 1.2 快速模具(Rapid Tool ing)制造 RP技术可用于制作注塑模、铸造模、陶瓷模、 硬质合金模、锻模和冲压模等等，其各种工艺方法 都可直接或是间接地用于快速模具制造。例如， LOM法可制及用于制造下列用途的纸模具：灌注 石蜡铸造蜡模的模具、石膏成型模、塑料压铸成型 模和低熔点合金铸造模等；SLS法可直接烧结金属 模具或陶瓷模具，用作注塑、压铸、挤塑等塑料成 型模及冲压成型模，SLS制作的模具经浸铜后，还 可直接用作金属模具。硅橡胶复型工艺则是一种典 型的间接制模方法。其特点是批量小，工艺简单。 硅橡胶有很好的弹性和复印性能，用它来复制模具 时，可以不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精度。 将快速成型机制作的工件作为模具母模，用硅橡胶 可以方便的翻制成硅胶模具，再往模具里浇注不同 性能的树脂，便可快速得到不同强度的塑料件。在 陶瓷精铸技术中RP制作的原型还可以通过电铸的 方法铸出电极或直接成为模具型腔，这种方法的复 型精度很高，零件上的细微之处(如掌纹)均可以 复制出来[2]。 1.3 在医学上的应用 由于医学上一些严重面容畸形的形态特殊（如先天性唇裂，面容的多发性骨折等）其周围解剖关系复杂，往往通过二维平面的观察很难确定病变范围。这给医生制定手术方案带来很大的困难。因此，如果在手术前，利用逆向工程应用螺旋CT或MRI获得缺损骨连续性缺损三维数据模型，在计算机上模拟重建三维图像，可以直观地对骨性疾病做出正确的诊断。然后将三维数据模型通过快速成型技术转化为二维仿真生物模型后，为术者提供了手术平台，术前能够对个体化实体模型直观地进行分析、测量，并预演整个手术过程，明确截骨范围，熟悉手术过程，缩短了手术时间，简化手术，从而减少手术并发症状的发生[3]。 快速成型技术的发展趋势 2.1 新型分层叠加成型方法的研究与开发口。 快速成型的基础是分层制造、积分叠加成型，然而，用什么材料进行分层叠加，以及如何进行分层叠加却大有文章可做。因此，除了常见的SLA、SLS、LOM、FDM、TDP等方法外，现正在研究开发一些新的分层叠加成型方法，以便进一步改善制件的性能、精度和成型效率，这些方法主要有： a.多种材料组织的熔积成型。它可以逐层制造出 一个由多种材料和部件组成的三维实体器件，而无需分件加工和装配。 b．侵入式光成型。由日本大阪Sangyo大学的Yo— jiMarutani提出，它是将激光束通过一个管子，直接插入到光敏树脂槽中，如图3所示，管子可在水平方向自由运动，为了在光固化时防止树脂流人管子而将工件与管子粘到一起，可在管子中充人空气，控制气压，在管口部形成气泡，将