您好!欢迎光临普瑞思咨询网站!
服务热线 设为首页 | 加入收藏 | 网站地图

您的位置:首页 >> 培训文章 >> 生产管理 >> 正文

培训文章

快速成型技术发展方向探讨

作者: 来源: 文字大小:[][][]

快速成型是制造技术的一次飞跃,它从成型原理上提出一个全新的思维模式,为制造技术的发展创造了一个新的机遇。自80年代初材料累加成型思想产生以来,研究人员开发出了许多快速成型技术,如光固化成型(SL)、粉末烧结成型(SLS)、层叠法成型(LOM)、熔积成型(FDM)等多达十余种具体的工艺方法。这些工艺方法都是在材料累加成型的原理基础上,结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的,它与其他学科的发展密切相关。快速成型制造技术是一个具生命力的技术,近年来研究和开发人员不断探索新的方法。本文通过分析几种新的快速成型方法阐明快速成型的发展方向。

    1、多种材料组织的熔积成形

    美国卡内基梅伦(Carnegie Mellon)大学的L.E.Weiss和斯坦福(Stanford)大学的R.Merz在1997年发表的文章中提出了一种多相组织的沉积型制造方法(Shape Deposition Manufacturing of Heterogeneous Structures)。与此相似,西安交通大学卢秉恒教授在1995年申请国家自然科学基金项目《一种微机械制造的新方法》中也阐述了用多个喷头熔积不同材料来制造微机械的思想,该项目1996年获国家自然科学基金资助。

    这种方法的原理如下:利用等离子放电来加热金属丝材料,加热头的结构如图1所示,熔化的材料熔积到工件逐渐成型。制做一个多种材料的工件时需要多个喷头,各喷头可分别喷出不同的材料。在CAD设计中,可以设计出一个完整的器件,器件中的零件由不同材料组成,分层后的材料信息将在每个层面中体现出来。在每一层面上,根据各部分所需要的材料要求,分别喷上所需材料,这样逐层制造就可成形出一个多种材料和部件的三位实体器件。这种技术可在一些小型复杂结构器件的一次整体制造中使用,而无需分件加工和装配,是一个材料与结构一体化的方法,是发展微机械制造的一条有效途径。


图1 多种材料组织的熔积成形

    2、气相沉积成型(SALD)

    美国康奈迪格(Connectict)大学的Kevin Jakubeas阐述了一种基于活性气体分解沉淀的成型技术,它称之为“Selective area laser deposition”(图2),即使用高能量激光的热能或光能分解一种活性气体。这种活性气体在激光的作用下发生分解,沉积出一个材料的薄层进行逐层制造。Jakubeas认为通过改变活性气体的成分和温度以及激光束的能量,可以沉积出不同材料的零件,包括成型陶瓷和金属零件。


图2 气相沉积成型

    3、侵入式光成型

    日本大阪Sangyo大学的Yoji Marutani描述了一个新的立体光成形技术。它是将激光光束通过一个管子直接插入到光敏树脂槽中(图3),管子可在水平方向上自由运动。为了在光固化时防止树脂流入管子而将工件与管子粘到一起,可在管子中充入空气,控制气压,在管口部形成气泡,将管子端口与工件分离开,激光通过管子中的透镜聚焦在工件上进行逐层加工。这种方法,可以节省通常的光固化成型的再涂层装置与工艺,节约加工时间,提高加工效率。


图3 侵入式光成型原理

    4、层扫描光固化法

    西安交通大学在1996年提出了一种高效低成本的光固化快速成型方法(图4)。以紫外灯为廉价的光源,利用一簇光纤将光引到扫描光条上。光纤在扫描光条上横向排列,光条运动,各条光纤上的光开关根据图形扫描信息有序开断,从而在光固化树脂液面上扫描出一个固化层。扫描条每运动一次就可形成一个层面,从而大大提高了成形效率。本项目获1997年度国家自然科学基金资助,目前工作正在进行中。


图4 层扫描光固化法

    5、轮廓成型工艺

    美国南加州(Southern California)大学的Barok Khoshnevis申请了一个称为“cotour crafting”的专利技术(图5)。它将挤压的工艺与类似于FDM的成型方法结合起来,用一个“抹刀”成型零件的上表面和侧表面。这种方法可以光顺零件的内外表面,消除层层累加制造所产生的台阶效应。这样可允许每一层的厚度在比较厚的情况下仍有光滑的表面,从而提高加工速度。


图5 轮廓成型工艺原理图

    6、直接光成形

    美国德州仪器公司(Texas Instruments)的Susanna Ventura开发了一种直接光成型系统(Direct photo-shaping)。该系统以光固化树脂作为粘接剂,采用光照射光固化树脂与陶瓷的混合物,将陶瓷粘接起来,逐层固化,制造出陶瓷零件,零件经过培烧后,将树脂烧掉,陶瓷烧结成型。通过这种方法可以进行陶瓷或粉末冶金零件的制造,解决难加工零件的成型。

    7、三维焊接成型

    英国诺丁汉(Nottingham)大学的P.Dickins等人提出了一种基于三维焊接成形的方法。它利用焊接机器人制造金属零件。过去在制造零件时,由于液态金属的表面张力和流动性,层与层之间的连接不牢固,会出现裂纹,从而影响物理性能和力学性能。他们提出用凸凹结合的方法进行连接,以提高层之间的粘接强度(图6)。这是一种机械连接法,可提高金属零件的强度。


图6 三维焊接成型连接工艺

    8、光成型表面光顺工艺

    英国诺丁汉(Nottingham)大学的一个科研小组提出了一种对光固化成型表面修整的方法,可减小制件的表面粗糙度值(图7)。在扫描完一层后,托板上升一个层厚,在层之间的台阶上还会吸附部分树脂,由于表面张力的作用,吸附的这部分树脂把台阶之间的空隙填充了起来,再用激光照射使其固化,就可以填补台阶,将零件表面光顺起来,从而减小制件的表面粗糙度值。


图7 光成型表面光顺工艺

    从以上所述可以看到:(1)快速成型技术正在向着多种材料复合成型方向发展,无需装配一次制造多种材料、复杂形状的零件和器件。这种将材料制备与结构成型一体化的快速成型方法,将为开发复合结构成型提供新途径,在微机械、电子元器件、电子封装、传感器等领域有广泛的应用前景。(2)快速成型将向降低成本、提高效率、简化工艺的方向发展,其目的是普及快速成型技术和提高快速成型的应用范围。(3)提高成型件的精度、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。

上一篇:常用快速成型基本方法简介 下一篇:SMT工艺管理


上海创卓商务咨询有限公司 版权所有 电话:021-36338510 /36539869 传真:021-36338510 邮箱:info@purise.com 网址:www.purise.com
Copyright 2004 All right reserved() 沪ICP备11020370号