基于SLA的快速模具设计与制造研究.docx

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(RapidPrototypingManufacturing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产品设计与制造技术。它不受传统加工模式的局限不需要机械加工设备便可快速制造出形状复杂的工件被看作是产品设计与制造领域的重大研究成果。其对制造行业的冲击可与五六十年代的数控技术相比尤其是产品的原型制造为面向21世纪的新产品的创新设计提供了一种切实可行的技术途径[2]。快速成形技术综合了计算机技术、机械工程、CAD技术、逆向工程、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术等高新技术可以自动、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可以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[3]。快速成形技术在不需要任何刀具、模具及工装夹具的情况下直接接受产品的计算机辅助设计(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成形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3DSystems公司率先推出快速原型实用装置——激光立体造型即SLA(StereoLightgraphyApparatus)并以年销售增长率为30%～40%的增幅在世界市场出售[5]。世界上美国是最重要的RP设备生产国1999年美国生产的RP设备占全世界的81.5％。而对于本课题主要采用的光固化成形法主要进行研究的有3DSystems公司、EOS公司、CMET公司、D-MEC公司、TeijinSeiki公司、MitsuiZosen公司等。3DSystems公司于1999年推出SLA-7000机型扫描速度可达9.52m/s层厚最小可达0.025mm。AUTOSTRADE公司（日本）使用680nm左右波长的半导体激光器作为光源并开发出针对该波长的可见光树脂。在国内清华大学主要研究RP方面的现代成形学理论、SSM（slicingsolidmanufacturing）、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]。快速成形技术是一种具有广泛应用前景的、正在不断完善的高新技术。随着市场竞争的日趋激烈该技术将会被越来越多的企业所采用对企业的发展起到越来越重要的作用并将给企业带来巨大的经济效益。同时快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术其本身的发展也将推动相关技术、产业的发展[7]。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