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广州市工贸技师学院

模具专业毕业论文

论文题目：快速成型技术在模具制造中的应用分析

姓名：陈嘉文
学号:
准考证号：
专业：模具制造技术
班级：06模具制造技术班

快速成型技术在模具制造中的应用分析
广州市工贸技师学院06模具制造技术高级班刘德华
[引言]简要介绍了几种典型激光快速成形技术的基本原理,分析了激光快速制造技术的研究和应用现状,并给出相应的应用实例;讨论了激光快速制造技术的研究方向,指出这种新技术广阔的应用前景。
关键词:快速成形制造工程应用实体零件
激光快速成形制造(RapidPrototypingManufac2turing,RPM)是80年代后期发展起来的新技术。它是将计算机产生的CAD实体模型,经分层切片软件处理成一系列薄截面层,并根据各截面层形状的二维数据,由快速成形机将材料逐层添加堆积,最终生成三维实体零件。这种快速成形制造是一种全新的生产方法,其原理突破了传统的材料变形成形和去除成形的工艺方法,可在没有工装夹具或模具的条件下,迅速制造出任意复杂形状的三维实体零件,因此被认为是20世纪末制造技术领域的一次重大突破,并有可能成为21世纪的主流制造技术。目前RPM技术的快速成形方法有10多种,各种
RP方法均具有自身的特点和适应范围。比较成熟的工艺有:立体印刷(StereoLightgraphyApparatus,SLA),选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS),叠层制造(LaminatedObjectManufacturing,LOM),熔融沉积制造(FusedDepositionModelling,FDM)和三维打印(Three-DimensionalPrinting,3DP)等。
1常用快速成形方法的基本原理
1.1立体印刷
立体印刷(SLA)是美国3D-Systems公司推出的最早的RP技术实用化产品,如图1(a)所示。其工艺过程是:首先由CAD系统对要制造的零件进行三维实体造型,通过专门的计算机切片软件对CAD模型进行分割,形成若干薄层平面,再由CAM软件根据各薄层
平面的数据生成加工指令,控制机床进行扫描,生成一片与激光扫描形状相同的固化光敏树脂薄片。一层固化完成后,工作台下降一个切片高度,重新覆盖一薄层树脂材料,光扫描固化新层,如此反复形成实体零件。
1.2选择性激光烧结
选择性激光烧结(SLS)其生产过程与立体印刷相似,见图1(b)。首先采用铺粉装置均匀铺粉,其厚度等于切片高度,然后激光根据层面的几何形状有选择地对材料进行扫描,使粉末熔化,并粘结在下层材料上,而未被激光扫描烧结的粉末则作为零件的支撑体。在完成一层烧结后,工作台下降一个切片厚度,重新铺粉、烧结,重复这样的过程,直到烧结出整个零件。
1.3叠层制造
叠层制造(LOM)是根据CAD模型各层切片的平面几何信息对箔材进行分层实体切割,如图1(c)所示。首先利用激光控制装置进行X2Y切割运动,将铺在工作台上的一层箔材切成最下一层切片的平面轮廓,随后工作台下降一个切片高度,箔材送进机构又将新的一层箔材铺上并用热压辊碾压使其牢固地粘结在已成形的箔材上,激光再次进行切割运动并切出第二层平面轮廓,如此重复直至整个零件制作完成。
1.4熔融沉积制造
熔融沉积制造(FDM)过程如图1(d)所示,快速成形系统将熔丝送入X2Y方向数控喷头,在喷头内将熔丝加热到熔点以上喷出,自然凝固成形:一层扫描完成后,工作台下降一个切片高度扫描下一层,直到零件制作完成。
1.5三维打印
三维打印(3DP)的工作原理类似于喷墨打印,即利用喷嘴将液态粘接剂喷在预先铺好的粉层特定区域,再铺粉并选区喷粘结剂,这样逐层进行得到所需的三维几何形状后,再采用高温烧结的方法,使之固化,从而得到所需的零件,如图1(e)所示。

2激光快速成形制造技术的应用研究现状
2.1快速原型制造
快速原型制造技术是目前先进制造技术中发展最为迅速的一种,在短短10年左右的时间已经由最初的原理研究发展到大规模实际生产应用。目前已有10多种比较成熟的工艺方法用于原型零件的制造。RPM技术可以在数天或数小时内依据设计图纸或CAD模型制造出零件原型,设计者可以根据RP三维实体原型对设计方案进行评定,对产品功能进行验证,通过模拟试验进行生产可行性评估,根据用户对设计方案的反馈信息用CAD软件对设计方案进行修改和再验证。这样可以得到性能和经济性都优良的设计方案,节省了设计费用,缩短了产品研制周期。这种设计方法在新产品开发中得到较为广泛的应用,如某集团技术中心在进行新型摩托车设计中,有两个零件(头灯罩和扶手)需要进行试装配试验,这两个零件结构非常复杂,图2为该零件的实物原型照片。采用传统的制造方法费用较高,周期较长,而采用RPM技术则在一周时间内,