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模具制造中的特种加工技术——快速原型技术及其在模具中的.doc

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依靠科技进步促进制造业发展高级论坛论文｛［编 模具制造中的特种加工技术 ——快速原型技术及其在模具中的应用 王至尧单忠德 摘要：论述了快速原型技术的最新进展及其在快速模具中的应用，快速原型技术已经广 泛应用于模具制造。基于快速原型的快速模具制造技术主要有２０多种，目前商品化的制模 技术主要为间接制造工艺。ｃＡＤ直接驱动制造金属模具是快速原型向快速制造技术发展的 她姿姐髓原舆速 关键词：快速原型Ｆ陕速 中图分类号：ＴＧ７６ 快速原型技术（ｒ８ｐｉｄｐｒｏｔｏ‘ｙｐｉ“ｇ，ＲＰ），是 指通过特殊加工工艺实现的一种设计的物理模 型。ＲＰ系统依据３维ｃＡＤ模型数据、ｃＴ和 ＭＲＩ扫描数据和由３维实物数字化系统创建的 数据，通过各种使能方法，把液体、粉末或薄片 等形态的材料堆积起来制造物理实物…。 ＲＰ技术是ｃＡＤ模型直接驱动的任意复杂３ 维实体的制造方法。自１９８７年问世以来，在制 造业引起一场革命，已经应用到机械、电子、汽 车、航空、航天等领域。从使能的角度分析． ＲＰ系统可以分为两大类：①基于激光技术，如 激光立体光刻（ｓＬ）、分层实体制造（ＬＯＭ或 ｓｓＭ）、激光选区烧结（ｓＬｓ）与形状沉积制造 （ｓＤＭ）等。②基于微滴喷射技术，如熔融沉积 制造（ＦＤＭ或ＭＥＭ）、３维印刷（３Ｄ—Ｐ、 ＭＪＭ）、多相喷射沉积（ＭＪＤ）、冲击微粒制造 （ＢＰＭ）与实体磨削固化（ｓｃｃ）等【２Ｊ。 ｌ快速原型技术新进展 白美国３Ｄｓｖｓｔｅｍｓ创始人ｃａｌｌｒｌｅｓＨｕｕ于 １９８４年设计了世界上第一台基于离散／堆积原理 的ＲＰ装置起至今已有１８年。ＲＰ技术已从获得 原型朝着获得最终零件／模具的快速制造（ｒａｐｉｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＲＭ）方向发展，从而可以实现 产品的批量定制。为适应这一制造需要，ＲＰ设 备由通用型向概念型、生产型和专用型发展， ＲＰ材料向最终零件／模具的材料方向发展，ＲＰ 成形速度不断提高。 １．１ＲＰ设备由通用型向概念型、生产型和专用 型发展Ｌ３－４１ １．１．１概念型ＲＰ设备 ?１６２? 造；特种加工 Ａ 概念型ＲＰ设备是指利用ＲＰ工艺制造用于 产品设计、测试或装配等的原型，而不生产最终 产品的设备。目前世界上已经开发的概念型设备 见表１和图１。 表ｌ概念型ＲＰ设备的主要机型 单位名称设备型号成形工艺典型特点外形 Ｚ４００３Ｄ—Ｐ 单色机．１２８个喷 图ｌａ Ｚ—Ｃｏｒｐ 嘴 １６００个喷嘴．６０ｃ ｚ４０６３Ｄ—Ｐ图１｝】 万种颜色 Ｉｎｋ—Ｊｅｔ、１５３６个喷头，厚度 ｏｑｅｔ ０ｕａｄｒ图ｈ ＳＬ，Ｊ、至００２ｍｍ 玎切塑料薄膜，胡 Ｓ曲ｄｉｍ衄ｉｏｎ３Ｄ３００ｃＬＯＭ图ｌｄ 器重量轻 ；５０个喷墙阵列甜 ３ＤＳｖｓｔ— Ｔｈｅｒｍｑｅｔ ３Ｄ—Ｐ围ｌｒ 县喷蜡。精度高 Ｓｈｍ— Ｐｒｏｄｉｇｙ ＦＤＭ双丝盘、变层厚图ｌ『 Ｇｅｍ缸ｉ一 ＦＤＭ双喷头图ｌＥ ３００ 清华大学 ＭＥＭ一 单色、单喷头。．办 ＦＤＭ图１ｈ ２∞Ｄ公设备 （ａ）ｚ４００（ｂ）ｚ４０６（ｃ）Ｏｕａｄｒａ （ｄ）３Ｄ３００ｃ （ｅ）Ｔｈｅｒｍｏｊｅｔ（ｆ）Ｐｒ砌ｇｙ （ｇ）Ｇｅｍｉｎｉ一３００（ｂ）ＭＥＭ一２００Ｄ 图１典型概念型ＲＰ设备 王至尧等：模具制造中的特种加工技术 概念型ＲＰ设备主要特征是成形速度快、体 积小（桌面办公设备）、价格便宜、运行成本低、 操作与维护简单、噪声低、污染少，对环境无特 别要求，适于办公室环境。所成形的零件主要用 于产品的各种功能校验如结构、装配和色彩等外 观设汁校验。美国ｓｔｒａＩａｓｖｓ公司和ｓａｎｄｅｒｓ Ｐｒｏ－ ｔｏｔｖＤｅ公司推出了各具特色的桌面系统。据报道 它进入市场仅几个月销量就急剧上升，已湿示出 桌面制造系统巨大的市场潜力。因此如何开发成 本低、效率高的快速成形没备仍然是ＲＰ技术研 究的重点之一。 １．１．２生产型ＲＰ设备 生产型ＲＰ设备是指成形的零件／模具可以 直接用于产品制造的设备。该设备的特点是设备 和材料的价格高、材料性能要求高、速度快，精 度需要满足零件要求。典型生产型ＲＰ设备见图 ２。 而一７０００（ｂ）Ｔｉｌ铀（ｃ）ＡＢｓ零件（ｄ）ＥｏｓＩＮＴ Ｐ７００ （ｅ）ＥＯｓＩＮＴ Ｍ２５０ （ｆ）油箱壳体（ｇ）ｖ幽。轿车齿轮 图２典型生产型ＲＰ设备及产品 典型代表是３Ｄｓｖｓｔｅｍｓ的基于ｓＬ工艺的 ＲＰ设备，采用新型光固化树脂，如ｓＬＡ一７０００ （见图２ａ）成形的零件强度高，可制造风扇，直 接用于风洞试验；ｓｔｒａｔ∞ｖｓ的基于ＦＤＭ工艺的 Ｔｉｔａｎ