快速成型技術的應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 模具的壽命為 50～ 5000 件，由于其制造成本低、周期短，特別適合于產品試制階段的小批量生產。 2）鋼質模具的制作 將 RPM 技術與精密鑄造技術相結合，可實現金屬模的 快速制造?；蛘咧苯又圃斐鰪托尉容^高的 EDM 電極，用于注塑模、鍛模、壓鑄等鋼制模具型腔的加工。一個中等大小、較為復雜的電極一般 4～ 8h 即可完成，復形精度完全滿足工程要求。福特汽車公司用此技術制造汽車模具取得了滿意的效果。上海交通大學也已通過 RP 與精密鑄造結合的方法為汽車及汽車輪胎等行業生產進口替代模具計 80 余副。與傳統機加工法相比，快速模具制造的制作成本及周期大大降低。我國每年需進口模具達 8 億多美元，主要是復雜模具和精密模具，因此， SLS 技術在未來的汽車模具制造業中的應用前景十分廣闊。 （ 2） 在汽車燈具制造 上的應用 汽車燈具大多數的形狀是不規則的 ,曲面復雜 ,模具制造難度很大。通過快速成型技術 ,可以很快得到精確的產品試樣 ,為模具設計 CAD 和 CAM 提供了有利的參考。同時 ,也可以通過快速成型技術 ,用熔模鑄造的方法快速、高精度地制造出燈具模具。 激光薄片疊層制造（ LOM）技術 工藝原理 LOM 技術是一種常 用來制作模具的新型快速成形技術。其原理是先用大功率激光束切割 材料 薄片，然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發生變化，最終獲得所需原型的立體幾何形狀。 如圖 28，首先將需進行快速成型的產品的三維圖形 輸入計算機的成型系統，用切片軟件對該三維圖形進行切片處理，得到沿產品高度方向上的一系列橫截面輪廓線。單面涂有熱熔膠的紙卷套在紙輥上，并跨過支撐輥繞到收紙輥上。步進電機帶動授紙輥轉動，使紙卷沿圖中箭頭方向移動一定距離。工作臺上升到與紙接觸，熱壓輥沿紙面自右向左滾壓，加熱紙背面的熱熔膠，并使這一層紙與基底上的前一層紙粘合。 CO2激光器發射的激光束經反射鏡和聚焦鏡等組成的光路系統到達光學切割頭，激光束跟蹤零件的二維橫截面輪廓數據，進行切割，并將輪廓外的廢紙余料切割出方形小格，以便成型過程完成后易于剝離余料。每切割 完一個截面，工作臺連同被切割的輪廓自動下降至一定高度，然后步進電機再次驅動收紙輥移到第二個需要切割的截面，重復下一次工作循環，直至形成由一層層橫截面粘疊的立體紙模樣。然后剝離廢紙小方塊，即可得到性能似硬木或塑料的“紙質模樣產品”。 LOM 技術制作沖模，其成本約比傳統方法節約 1/2，生產周期大大縮短。用來制作復合模、薄料模、級進模等，經濟效益也甚為顯著。該技術在國外已經得到了廣泛的使用。 薄片疊層制造工藝的材料 LOM 工藝中的成型材料包括薄層材料、粘結劑和涂布工藝。薄層材料有紙、塑料薄膜、金屬箔等 。目前 LOM 成型所用薄層材料多為紙材，而粘結劑一般為熱熔膠。紙材的選取，熱熔膠的配制及涂布工藝均要從保證最終成型零件的質量出發，同時考慮成本。 （ 1） 成型用紙 LOM 成型用紙應滿足一下要求： 1）良好的抗濕性，保證原材料不會因時間長而吸水。 2）良好的浸潤性。以保證良好的涂膠性能。 3）抗拉強度，保證在加熱過程中不被拉斷。 4）收縮小，保證加熱過程中不會因部分水分損失而導致變形。 5）剝離性能好，防止剝離時發生破壞。 圖 28 LOM 法工藝原理示意圖 6）易打磨，表面光潔。 7）穩定性好，成型零件可長時間保存。 （ 2） 熱熔膠 1）紙層之間的 粘結靠熱熔膠保證。熱熔膠的種類很多，其中以 EVA 型熱熔膠的應用最2）廣泛，占熱熔膠總量的 80%。熱熔膠中還要添加其它特殊的組分以滿足以下要求： 3）良好的熱熔冷固性（室溫下固化， 70～ 100℃開始熔化）。 4）在反復的熔融 固化條件下呈現良好的物理和化學穩定性。 5）在熔融狀態下與紙具有良好的涂掛性和涂勻性。 6）與紙具有足夠的粘結強度。 7）良好的廢料分離性能。 （ 3） 涂布工藝 涂布工藝包括涂布形式和涂布厚度。涂布形式指的是均勻式涂布還是非均勻涂布。均勻涂布采用狹縫式刮板進行涂布，非均勻涂布有條紋式或顆粒 式。涂布厚度指的是在紙上涂多厚的膠，選擇涂布厚度的原則是在保證可靠粘結的情況下，盡可能涂得薄，以減少變形、溢膠和措移。 LOM 工藝后置處理中的表面涂覆 LOM 原型經過余料去除后，為了提高原型的性能和便于表面打磨，經常需要對原型進行表面涂覆可提高原型的強度和耐熱性，改進抗濕性，延長原型壽命。表面涂覆的工藝過程如下： （ 1）將剝離后的原型用砂紙輕輕打磨， （ 2）按規定比例配制環氧樹脂（ TCC630/TCC115N=100：20），并混合均勻。 （ 3）在原型上涂刷一層混合后的材料，因材料粘度低，材料 會很容易浸入紙基原型中，深度可達 ～ 。 （ 4）再次涂覆以填充溝痕，并長時間固化。如圖 29。 （ 5）對已經涂覆了堅硬環氧樹脂的原型再次用砂紙打磨，打磨中注意確保原型的尺寸精度在要求的范圍內。 （ 6）對原型表面進行拋光，達到無劃痕的質量后進行透明涂層的噴涂，以增加表面的外觀效果。如圖 210。 薄片疊層制造工藝在鑄造中的應用實例 某鑄鐵機床操作手柄，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費時困難，而且不能保證精度。隨著 CAD/CAM 技術的發展和普及，具有復雜曲面形狀的手柄的設計直接在 CAD/CAM軟件平臺上完成，借助 LOM 制造技術，可以直接由 CAD 模型高精度地快速制作砂型鑄造用 圖 29 涂覆兩遍環氧樹脂后原形表面形態示意圖 圖 210 拋光后原型表面的效果示意圖 木模，克服了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產品生產的周期并提高了產品的精度和質量。圖 211 為鑄鐵手柄的 CAD 和 LOM 模型。 a) b) 圖 211 鑄鐵手柄的 CAD 和 LOM 原型 a) 手炳 CAD 造型 b）手炳的 LOM 原型 FDM熔絲沉積成型法 工藝原理 FDM （ Fused Deposition Manufacturing） 使用一個外觀非常像二維平面繪圖儀的裝置 ，只是筆頭被一個擠壓頭（噴頭）代替，它可擠壓出一束非常細的蠟狀塑料（熱塑性）或熔模鑄造臘。噴頭可沿 X 方向移動，而工作臺則沿 Y 軸方向移動。如果熱熔性材料的溫度始終高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結在一起。一個層面沉積完成后，工作臺按預定的增量下降一個層的厚度，再繼續熔噴沉積，直至完成整個實體造型。 FDM 制造工藝的基本原理如圖212 所示，其過程如下： 將實芯絲材原材料纏繞在 供料輥上，由電動機驅動棍子旋轉，輥子和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的方向送出。在供料輥和噴頭之間有一導向套，導向套采用低摩擦材料制成以便絲材能順利、準確地由供料輥送到噴頭的內腔（最大送料速度為 10～ 25mm/s，推薦速度為 5～ 8mm/s）。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，在其作用下，絲材被加熱熔融（熔模鑄造臘絲的熔融溫度為 74℃，機加工臘絲的熔融溫度為 96℃， ABS 塑料絲為 270℃），然后通過出口涂覆在工作臺上，并在冷卻后形 圖 212 FDM 工藝基本原理 成界面輪廓。由于受結構的限制，加