三维打印成形系统的开发.pdfVIP

第 22卷第 11期 机 械 设 计 Vo1．22 NO．11 2005年 11月 JOURNAI0FMACHINEDESIGN NOV． 2005 三维打印成形系统的开发 李晓燕 ，张曙 (1．同济大学 现代制造技术研究所，上海 200092，2．上海理-r大学，上海 200093) 摘要：三维打印成形技术是一个多学科交叉的系统工程。介绍了三维打印的成形机理 ，讨论 了机械设计方案和工作 流程，并根据实验确定了成形参数。并给出了三维打印成形的应用实例。 关键词 ：三维打印；系统工程 ；成形参数 中图分类号：TP23 文献标识码 ：A 文章编号：1001—2354(2005)11--0057--03 快速成形技术是计算机辅助设计及制造技术、逆 向工程技 按照微滴成形原理又可分为压 电式、热气泡式等。不同的喷射 术、分层制造技术、材料去除成形、材料增加成形技术 以及它们 模式对溶液选择、喷射效果及系统的稳定性都有很大的影 的集成。通俗地说，快速成形技术就是利用三维 CAD的数据， 响[3“]。压电式喷射是利用压电陶瓷的压 电效应 ，通过压 电陶 通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。迄今为 瓷振子的弯曲变形，对腔体 内的液体产生一个可以克服液体表 止，国内外已经成功开发了 10多种成熟的快速成形方法[】]。 面张力的压力，使位于喷头处的液体脱离喷头而形成液滴。压 三维打印成形技术 (ThreeDimensionalPrinting一3DP)是采用 电式喷射有利于提高喷射精度 ，但是喷头易堵塞，且价格较 昂 精密喷头按照零件截面形状，将溶液喷射在预先铺好的粉末层 贵。热汽泡式喷射是利用加热器迅速加热喷头，使喷头内的液 上，使部分粉末粘接在一起，形成截面轮廓。一层粉末成形完 体汽化产生汽泡，汽泡膨胀将液体喷出喷头，其工作原理如图 1 成后，再铺上一层粉末，进行下一层粉末的粘接 ，如此循环直至 所示。 ’ 工件完成。再经过后处理 ，得到成形制件。最早 由美国麻省理 工大学 (MIT)开发 3DP成形是 目前快速成形行业中最有生命 力的技术，它具有设备简单、材料便宜、成本低、体积小、工作过 溶液 程中无污染、成形速度快等优点，该技术无需激光系统，价格低 廉，运行费用很低且可靠性高[2]。目前，3DP成形技术分别应 用于模型验证、直接金属 ／陶瓷零件、医学工程及微细加工等不 同领域 。 3DP成形技术是一个多学科交叉的系统工程，它涉及到液 滴喷射技术，精密定位和控制，材料技术及后处理等。3DP成 图l 热汽泡按需下落喷射模式 形系统的开发不仅需要考虑单项关键技术的研究，还要注意系 热汽泡打印头虽然存在加热过程，但是时间极短，而且产 统的集成，进行整体优化。目前已有美国ZCorp等多家国外公 生的汽泡将加热器和液体隔开，对液体不会造成很大的影响， 司开展了基于 3DP成形原理的设备开发，而我国目前尚无这方 且成本低廉。为了减少喷头堵塞，控制设备成本，保证设计 的 面开发的报道。文中将就所开发的3DP成形系统的工作原理 、 可持续性，系统采用热气泡按需下落喷射模式。 机械总体结构的设计、工作流程 以及工艺参数的确定等方面进