快速成形工艺应用前景看好.doc

早在二十年前首次以材料堆积成形的快速成形工艺投放市场时这种快速成形工艺的应用前景已非常被看好了。当时这种工艺几乎都属于立体印刷成形而且差不多只是应用于设计领域和原型制造。因此快速成形（RapidPrototyping也称快速原型制造）这一概念很快便被确定作为工作原理是从材料逐层叠加到形成三维实体的所有制造工艺的综合名称。随着时间的推移快速成形工艺已发展成多种高效制造技术因此在某种程度上可以说借助于计算机直接制造成形模（是指那些通过材料弹性变形实现零件成形加工的模具——译注）的这一技术同样也可以用来制造诸如塑料或金属材质的单个复杂零件或小批量零件。因为这没有原型制造所以可以称之为快速模具制造（RapidTooling）和快速制造。在德国举行的“快速制造”学术讨论会上慕尼黑工业大学机床和企业管理研究所所长MichaelZ奾教授就给与对个别概念（术语）以太多的重视提出了告诫因为在形成产品的过程链范围内其工艺方法也许是重叠的。在这次会议上他还是持这样的观点同时提醒大家快速制造并不意味着必须无条件采用逐层叠加的工艺方法：“其实铣削也可以实现快速制造。”尽管铣削工艺也是快速制造工艺中的一部分。然而对于快速制造技术来说几乎仍是以分层工艺过程为基础的成形工艺占主导地位。在这里生产工艺的起点始终是CAD三维实体模型接着以STL格式文件（在这里是通过表面的三角处理所形成的几何信息）传送到机床。与此同时STL几何模型切成厚度相等的薄层在设备进行制造的过程中这些薄层切片被制成物理实体。薄片的厚度以及由薄片所制成的构件的精度既同工艺方法本身有关也同所采用的材料（例如材料的颗粒大小）有关。影响尺寸精度的其他因素是形状的热变化例如在通过激光或电子束进行直接和间接烧结时热量会影响到构件的形状变化。人们利用精湛的仿真方法对烧结过程进行深入研究机床研究所的GerhardStrar先生曾对这种仿真进行过研究。此外Augsburg的研究所还采用了有限元方法（FEM）以便能在试验所获得的过程参数的基础上利用Ansys软件分析来说明在每一个烧结阶段构件的特性。另一个问题是在堆积成形金属物体时大多数所采用的是不均匀的粉末金属材料常常缺少对每种成分数量百分比的说明。目前可以利用反应动力学材料模块以扩大有限元方法的应用范围进行膨胀测量和热解重量测量（即采用膨胀测量仪和热解重量分析仪）以便用数字计算的方式来描述材料的技术结构。这样就有可能在制造过程开始之前既可确定构件的变化情况也可以确定构件在结构上是否接近失灵而不需详细掌握所采用的粉末系统的每一种成分的情况。注塑模制造可从中得到好处目前在生产实践中情况如何呢？虽然快速制造技术早就有能力应用于批量生产然而大部分的应用仍然集中在产品开发、批量试生产或在模具制造等领域。就模具制造来说对于注塑和对于许多金属的压铸工艺快速制造起到了重要作用。然而对于通过材料弹性变形的成形技术领域——除了来源于日本的叠层实体制造技术（LOM）以外——只是起次要的作用。对于快速制造技术的重要价值在于：构件的成本取决于其体积而与构件的结构复杂程度无关。这给注塑模制造提供了新的可能性。因为在注塑模上现在可以对特别贴近的轮廓进行冷却注塑时在较理想的情况下工作循环时间由此可以缩短三分之二。此外利用贴近轮廓的冷却通道可以更好地来调节工艺过程。激光加工中心（LBC）有限公司的RalphMayer先生在Augsburg的学术研讨会上展示了在EOS成形机上由激光烧结的（在LBC公司里人们更喜欢用激光成形这一名称）材质为1.2709（系钢材：X3NiCrMoTi18.9.5——译注）材料编号的模芯和冷却型芯以及冷却系统这样的构件用传统的方法肯定是无法制造出来的。在Kornwestheim的销售服务人员从激光成形工艺中也看出要比传统制造工艺具有明显的时间和成本上的优点。一个实例是由LBC公司几乎可以说是在“一次装夹下”用激光成形的12个设有冷却通道的模芯。其中8个模芯由客户将其装到他们的注塑模里其余4个作为备件。RalphMayer先生说：“对于这种模芯由于是一起制造成形的客户可以节省几个星期的时间。”此外按常规来制造即使没有冷却通道成本也许还是会较高。Mayer先生指出采用这种工艺方法具有极大的自由度然而对于设计人员来说也需要有一些也许是始终难以实现的其它设想。图1优化：由位于Kornwestheim的激光加工中心（LBC）有限公司在EOS公司的设备上用激光烧结成形的这种冷却嵌件（即指：设有冷却通道的模芯——译注）有利于公共卫生工业的用户显著缩短注塑零件时的工作循环时间。同时可很好控制其工艺过程因此工作更为可靠。激光烧结工艺的应用在位于Tuttlingen的Hettich离心机制造公司设计人员们早已在从事这方面的准备工作。在这里开发了用于R