基于SLA的快速模具设计与制造研究.docVIP

1 引言 本次课题是基于SLA的快速模具设计与制造研究，并且选定了鼠标作为本课题研究的初始实物原型，如图1.1所示。本次课题涉及3DSS、Geomagic、Magics、Pro/E等软件的使用，快速成型机等设备的使用及硅胶模具的制作。根据制作过程，我们大致把本次课题分为三个阶段，分别为：模型的反求及重建、快速原型的建立和硅胶模具的制作。针对本次课题，我主要侧重快速原型和硅胶模具的制作这两方面的研究。 图1.1 鼠标的初始实物 1.1 快速成形技术的背景 快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RP)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种技术被是的重大成果。 。 快速成形机械工程、CAD、逆向工程、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术，可以自动、精确、直接、快速地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 快速成形(CAD)数据，可实现任意复杂形状新产品的快速制造，快速制造出新产品的样件、模具或模型，优越性显而易见。通过RP技术快速制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货等，有利于优化产品设计，大大提高了新产品开发的一次成功率，缩短研发周期，降低研发成本，提高产品的市场竞争力[4]。 1.2 快速成形技术的国内外发展现状 快速技术概念的提出可追溯到1979年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，该设想提出后，由丸谷洋二于1984年继续研究，并于1987年进行产品试制。1988年，美国3D Systems公司率先推出快速原型实用装置激光立体造型即SLA(Stereo Lightgraphy Apparatus)并以年销售增长率为30%～40%的增幅在世界市场出售。 在国内，清华大学主要研究RP方面的现代成形学理论、SSM（slicing solid manufacturing）、FDM工艺，开展了基于SLA工艺的金属模具的研究。华中科技大学研究LOM工艺，推出了HRP系列成形机和成形材料。西安交通大学开发出LPS和CPS系列的光固化成形系统及相应树脂，CPS系统采用紫外灯为光源，成形精度为0.2mm，体积略同柜式空调机。南京航空航天大学重点研究了SLS成形工艺。华北工学院研究了基于SLS工艺的金属零件的RP制造。南京师范大学与南京理工大学主要研究光造型工艺及微结构快速成型工艺，并研制了低成本桌面快速成型系统及微结构桌面快速成型系统，同时还开展了成形材料及新型RP用光学技术的研究[6]。 快速成形 1.3 快速成形技术的发展趋势 从目前技术的研究和应用现状来看，快速成型技术的进一步研究和开发工作主要有以下几个方面： (1)开发性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、变形小、强度高、耐久及无污染的成形材料 (2)提高RP系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法 (3)改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，尤其是提高成形件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础 (4)开发快速成形的高性能RP软件。提高数据处理速度和精度，研究开发利用CAD原始数据直接切片的方法，减少由STL格式转换和切片处理过程所产生精度损失 (5)开发新的成形能源 (6)快速成形方法和工艺的改进和创新。直接金属成形技术将会成为今后研究与应用的又—个热点 (7)进行快速成形技术与CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自动测量、逆向工程的集成研究 (8)提高网络化服务的研究力度，实现远程控制。 采用快速成形技术制造用于新产品开发与试制的技术称为快速模具制造技术(Rapid Tooling，简称RT)。传统模具制造的方法有很多，如：数控铣削加工、成形磨削、电火花加工、线切割加工等。由于这些工艺复杂、时间长、费用高而影响了新产品对于市场的响应速度。而传统的快速模具（例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂模具等）又由于工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求。此外，传统的快速模具常常因为模具的设计与制造中出现的问题无法改正，而不能做到真正的“快速”。因此，应用快速成形技术制造快速模具，在最终生产模具、开模之前进行产品的试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地节约开发时间和费用。 快速模具的目标是以较低的成本，快速地生产出具有较好尺寸精度、表面粗糙度和一定复杂度的模具。根据模具的使用寿命，快速模具的种类可以分为软模具、中间模具和硬模具。模具相对寿命在200次以下定义为软模具(Soft Tooling)，寿命在200～500