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快速成型的好方法

发布时间:2025-01-16 15:38:48

1. 常用快速成型的工艺方法

目前快速成型的主要工艺方法包括:
1. 熔积成型法(Fused Deposition Modeling, FDM)
在FDM工艺中,机械臂搭载的喷头沿工作台两个主要方向移动,同时工作台上下移动以铺设熔丝。热塑性塑料或蜡制熔丝通过加热挤出,形成层状结构。每层完成后,工作台下降并叠加新层。控制熔丝温度略高于熔点(通常高1℃左右)是关键。FDM适合制作复杂零件,但需添加支撑结构。支撑材料通常使用低密度丝材,可在成型后去除。层厚由挤出丝直径决定,影响垂直方向的公差。FDM的优势在于材料利用率高、成本低,材料选择多,工艺环境友好。但存在精度较低、复杂结构件难以制造、表面质量较差、效率不高以及不适合大型零件生产的缺点。适用于产品原型制作和测试,尤其是医用器械,因其使用的甲基丙烯酸ABS材料可经伽马射线消毒。
2. 光固化法(Stereolithography, SLA)
光固化法是应用最广泛的快速成型技术之一,使用液态光敏树脂,通过紫外激光逐点扫描固化,形成零件的每一层。成型开始时,工作台位于最高位置,液面高于工作台一个层厚。第一层固化后,工作台下降,涂抹新液态树脂并重复扫描。如此循环,逐层固化,形成圆柱体环形零件。到达一定高度后,可在已成型部分上生成凸缘,需添加支撑结构。零件由下至上逐层固化,未使用的树脂可回收利用。光固化成型同样需要支撑结构,通常采用网状形式。完成后去除支撑,即可得到三维零件。

2. 快速成型材料种类及工艺方法

目前快速成型主要工艺方法。本文仅介绍目前工业领域较为常用的工艺方法。

1熔积成型法(Fused DePOSTTTION Modeling)

在熔积成型法( FDM)的过程中,龙门架式的机械控制喷头可以在工作台的两个主要方向移动,工作台可以根据需要向上或向下移动。热塑性塑料或蜡制的熔丝从加热小口处挤出。最初的一层是按照预定的轨迹以固定的速率将熔丝挤出在泡沫塑料基体上形成的。当第一层完成后,工作台下降一个层厚并开始迭加制造一层。FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上,通常控制在比熔点高1℃左右。

FDM制作复杂的零件时,必须添加工艺支撑。下一层熔丝将铺在没有材料支撑的空间。解决的方法是独立于模型材料单独挤出一个支撑材料,支撑材料可以用低密度的熔丝,比模型材料强度低,在零件加工完成后可以将它拆除。

在FDA4机器中层的厚度由挤出丝的直径决定,通常是从0. 50mm到0. 25mm(从0. 02in到0. O1 in)这个值代表了在垂直方向所能达到的最好的公差范围。在x-y平面,只要熔丝能够挤出到特征上,尺寸的精确度可以达到0. 025mm(O.OO1in)。

FDM的优点是材料的利用率高,材料的成本低,可选用的材料种类多,工艺干净、简单、易于操作且对环境的影响小。缺点是精度低,结构复杂的零件不易制造,表面质量差,成型效率低,不适合制造大型零件。该工艺适合于产品的概念建模以及它的形状和功能测试,中等复杂程度的中小成型,由于甲基丙烯酸ABS材料具有较好的化学稳定型,可采用伽马射线消毒,特别适于医用。

2光固化法(Stereolithography )

光固化法是目前应用最为广泛的一种快速成型制造工艺,它实际上比熔积法发展的还早。光固化采用的是将液态光敏树脂固化(硬化)到特定形状的原理。以光敏树脂为原料,在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。

成型开始时工作台在它的最高位置(深度a),此时液面高于工作台一个层厚,零件第一层的截面轮廓进行扫描,使扫描区域的液态光敏树脂固化,形成零件第一个截面的固化层。然后工作台下降一个层厚,使先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描固化,与此同时新固化的一层牢固地粘接在前一层上,该过程一直重复操作到达到b高度。此时已经产生了一个有固定壁厚的圆柱体环形零件。这时可以注意到工作台在垂直方向下降了距离ab。到达b高度后,光束在x-y面的移动范围加大从而在前面成型的零件部分上生成凸缘形状,一般此处应添加类似于FDM的支撑。当一定厚度的液体被固化后,该过程重复进行产生出另一个从高度b到c的圆柱环形截面。但周围的液态树脂仍然是可流动的,因为它并没有在紫外线光束范围内。零件就这样由下及上一层层产生。而没有用到的那部分液态树脂可以在制造别的零件或成型时被再次利用。可以注意到光固化成型也像FDM成型法一样需要一个微弱的支撑材料,在光固化成型法中,这种支撑采用的是网状结构。零件制造结束后从工作台上取下,去掉支撑结构,即可获得三维零件。

光固化成型所能达到的最小公差取决于激光的聚焦程度,通常是0.00125mm(0.0005in)。倾斜的表面也可以有很好的表面质量。光固化法是第一个投人商业应用的RF(快速成型)技术。目前全球销售的SL(光固化成型)设备约占Rl'设备总数的70%左右。SL(光固化成型)工艺优点是精度较高,一般尺寸精度控制在10. 1 mm;表面质量好,原材料的利用率接近100%,能制造形状特别复杂、特别精细的零件,设备的市场占有率很高。缺点是需要设计支撑,可以选择的材料种类有限,容易发生翘曲变形,材料价格较贵。该工艺适合成型制造比较复杂的中小件。

3激光选区烧结(Selective Laser Sinering)

激光选区烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)是一种将非金属(或普通金属)粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用CO:激光器作为能源,目前使用的在加工室的底部装备了两个圆筒:

1)一个是粉末补给筒,它内部的活塞被逐渐地提升通过一个滚动机构给零件造型筒供给粉末;

2)另一个是零件造形筒,它内部的活塞(工作台)被逐渐地降低到熔结部分形成的地方。

首先在工作台上均匀铺上一层很薄(l00~200μm)的粉末,激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结,从而使粉末固化成截面形状,一层完成后工作台下降一个层厚,

3. 什么是快速成形技术

快速成形技术是一种新型的加工技术,它可以将原材料快速成形成所需的零件。它主要利用热能、电能、光能等能源,将原材料快速成形成所需的零件。快速成形技术的特点是快速、精确、经济,可以大大提高加工效率,减少加工成本。
快速成形技术主要有热压成形、冲压成形、挤压成形、熔融成形、热成型、激光成形、电火花成形、粉末冶金成形等。热压成形是将原料加热到一定温度,然后用压力将原料压成所需形状的一种技术;冲压成形是将原料放在模具中,用冲击力将其压成所需形状的一种技术;挤压成形是将原料放在模具中,用挤压力将其压成所需形状的一种技术;熔融成形是将原料加热到一定温度,然后用压力将其压成所需形状的一种技术;热成型是将原料加热到一定温度,然后用压力将其压成所需形状的一种技术;激光成形是将原料放在模具中,用激光将其压成所需形状的一种技术;电火花成形是将原料放在模具中,用电火花将其压成所需形状的一种技术;粉末冶金成形是将原料放在模具中,用粉末冶金将其压成所需形状的一种技术。
快速成形技术的优势是可以快速、精确、经济地将原材料成形成所需的零件,可以大大提高加工效率,减少加工成本。但是,快速成形技术也有一定的局限性,比如,它不能用于复杂的零件,也不能用于较厚的原料,而且它的加工精度也有一定的限制。

4. 简述四种快速成行技术的原理及应用

四种快速成行技术主要工艺有四种基本类型:光固化成型法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和熔融沉积制造法。
1、光固化成形
SLA(Stereo lithography Apparatus)工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷,其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽,由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹,并照射到液槽中的液体树脂,而使这一层树脂固化,之后升降台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,然后再进行新一层的扫描,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到1个三维实体模型。该工艺的特点是:原型件精度高,零件强度和硬度好,可制出形状特别复杂的空心零件,生产的模型柔性化好,可随意拆装,是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑,树脂收缩会导致精度下降,另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等。
2、分层实体制造
LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体制造,其工艺原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等,将所获得的层片粘接成三维实体。其工艺过程是:首先铺上一层箔材,然后用CO,激光在计算机控制下切出本层轮廓,非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后,再铺上一层箔材,用滚子碾压并加热,以固化黏结剂,使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上,再切割该层的轮廓,如此反复直到加工完毕,最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠,模型支撑性好,成本低,效率高。缺点是前、后处理费时费力,且不能制造中空结构件。
3、选择性激光烧结
SLS(Selective Laser Sintering)工艺,常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成形材料。其工艺过程是:先在工作台上铺上一层粉末,在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结,仍为粉末材料),被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层,新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后,去除多余的粉末,便得到烧结成的零件。该工艺的特点是材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高,原型强度高,所以可用样件进行功能试验或装配模拟。
4、熔融沉积成形
FDM(Fused Deposition Manufacturing)工艺又称为熔丝沉积制造,其工艺过程是以热塑性成形材料丝为材料,材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体,由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动,使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出,覆盖于已建造的零件之上,并在极短的时间内迅速凝固,形成一层材料。之后,挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使用、维护简单,成本较低,速度快,一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型,且无污染。

5. 快速成型技术主要包括哪些方法

主要有SLA(激光快速成型),成型材料:光敏树脂;
FDM(熔融堆积成型),成型材料:ABS,PC,PPSF等;
OBJET(高精度快速成型),和SLA成型原理类似,材料:光敏树脂。
CNC手板模型;
真空复模,运用硅胶材料制作简易模具,进行小批量的浇注成型。
低压灌注,适用于结构接单的大件制作。

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