铸材与工艺18-快速原型制造.pdfVIP

铸造材料与工艺 铸造材料与工艺 ⎯快速原型制造 ⎯快速原型制造 北京科技大学 材料加工与控制工程系 毛卫民 7.1 传统原型制造工艺过程及其缺点 7.1 传统原型制造工艺过程及其缺点 7.1.1 传统铸造成型工艺过程 7.1.1 传统铸造成型工艺过程 在传统的铸造生产中，都要经过以下步骤： 零件设计； 铸造工艺设计； 铸造工装设计（模板、芯盒、压蜡型、压 铸模等）； 铸造工装制造（模板、芯盒、压蜡型、压 铸模等）； 铸造工艺调试； 铸造生产。 铸造工艺过程分析： 在上述步骤中，第2 、3、4 、5阶段最费时、费 工，尤其是第4阶段的铸造工装制造最慢，因为 目前大部分工装要经过机械加工，常常需要钳工 修整，所以制造周期很长。 对于复杂的薄壁铸件，如飞机发动机叶片、船 用螺旋桨、内燃机缸体和缸盖等，其模具工装的 制造更慢，即使采用数控机床、仿型铣床等高级 设备，也无法快速制造，而且加工成本昂贵。为 了铸造出合格产品，铸造工艺调试过程也同样费 时费力。 由以上分析，可以看出传统的铸造生产过程无 法满足产品的更新换代和日趋激烈的市场竞争需 要，这在汽车、电子产品、家电产品、轻工、模 具制造等方面尤为明显。 7.1.2传统锻造成型工艺过程 7.1.2传统锻造成型工艺过程 在传统的锻造生产中，一般都要经过以 下步骤： 零件设计； 锻造工艺设计； 锻模工装设计； 锻模工装制造； 锻造工艺调试； 锻造生产。 锻造工艺过程分析： 在上述步骤中，第2 、3、4 、5阶段最费时、费 工，尤其是第4阶段的锻模工装制造最慢，因为 目前锻模必须经过机械加工，常常需要钳工修 整，制造周期很长，而且锻造工艺调试也比较费 时费力，因此无法满足产品的更新换代和日趋激 烈的市场竞争需要。 7.2 快速原型制造工艺过程 7.2 快速原型制造工艺过程 快速原型制造工艺的诞生： 20世纪的70年代末和80年代初，美国 Monneaplolis 3M公司的A. Hebert ，日本名古屋市 工业研究院(Nagoya Prefecture Research institute) 的H.Kodama ，以及美国California UVP公司的C. Hull分别提出了利用选择性地逐层固化光敏聚合 物表面的原理来制造三维物体的快速原型制造技 术（Rapid Prototyping Manufacturing ，简称 RPM ）的概念。 UVP公司发明了立体平板印刷 SLA(stereolithography apparatus)系统，并于1986 年申请了发明专利和成立了3D System公司，向 市场提供立体平板印刷SLA系统。 美国等发达国家的研究者和工业界非常关注这 种将计算机、激光、化学和现代设计方法综合起 来的新观念，由此演变出许多种快速原型制造技 术。 快速原型制造技术的实质：该项技术是计算机 技术、数控技术、材料技术和机械工程技术的综 合体，它摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD 生成的数字化的零件几何信息，控制三维数控成 型系统，通过激光或其它方法将材料逐层堆积成 为三维立体零件形状。如果需要，再进行后续加 工。 快速原型制造技术的出现可以认为是制造业的 一次革命。 7.3 快速原型制造工艺方法 7.3 快速原型制造工艺方法 7.3.1 SL立体平板印刷 7.3.1 SL立体平板印刷 （stereolithography ） （stereolithography ） 立体平板印刷简称SL或SLA。 立体平板印刷成型是利用光敏硬化树脂在 一定频率的单色激光照射下迅速固化的特 性进行工作的，基本原理如图7-1所示。 图7-1 SL工艺原理示意图 1 扫描激光束, 2 树脂槽, 3 底板, 4 制样时底板下降, 5 固化后的树脂模 样, 6 支撑层 工艺过程如下 利用CAD 系统进行零件的三维立体造 型，建立实体和表面模型，将模型离散 化，即转换