http://www.paper.edu.cn
快速原型制造技术与直接金属成型
孙贤初
(陕西科技大学 机电工程学院 陕西 咸阳 712081)
摘 要:快速原型制造技术大大改善了当前工业原型加工实际;本文介绍了主要的快速原型
制造技术,它们的原理和特征。并对当前快速原型制造产品化生产方面存在的问题进行了分
析。
关键字:快速原型;模具工业;光固化成型;选择性激光烧结;熔融沉积制造;叠层制造
0 前言
工业生产中产品制造过程中将会遇到两个具有挑战性的问题:一是要尽可能的缩短产品
的开发时间;一是尽可能的改善小批量零件的适应性和产品类型的多样性。计算机辅助设计
和制造虽然大大改善了传统的产品设计、制造流程,但是在产品开发中计算机辅助设计到辅
助制造的实现仍然有很多困难无法跨越。尽管许多研究机构近年来在计算机辅助设计和辅助
制造借口方面做了很多研究,如特征识别,CNC 程序等,但是 CAD 和 CAM 仍然存在如下
问题
:
1][
(1) 三维建模与快速原型之间的转化问题,
(2) 成本比较低的具有复杂曲面的样品和模具的制作。
1 快速成型的用途
为充分的缩短开发周期,提高样品、模具及原型的质量,一些制造企业研究将快速成型
技术应用于复杂样品的制作和快速原型的组装。近年来,许多快速原型及制造技术已经出现:
立体光固化技术、选择性激光烧结技术、熔积成型技术、分层实体制造技术、三维印刷技术
等。这些技术能够直接将三维建模数据转化为物理实体。它们具有一个很重要的共同点:原
型零件都是通过分层添加材料而不是减除材料得到的,这样就把三维零件制作过程简化为二
维的增加材料过程,也就很易于实现从计算机模型到原型零件的转化了。
2 快速成型技术的基本过程
2][
首先,需要用三维软件设计几何模型;其次,进行切片分割,这样增添材料的路径也就
确定了;然后,根据这些路径引导机器进行分层固化材料,如此一层一层的叠加,从底至顶
完成原型的制作。简单的来说,快速原型制造过程包括两个步骤:数据的准备和模型的制作。
3 当前快速成型技术的应用领域
尽管快速原型制造技术仍然处于其早期阶段,但是许多公司和研究机构已经从中得到实
惠,如国外的 Texas Instrumentd, Inc.、Chrysler Corporation, Amp Inc.和 Ford Motor Co.等,国内
的清华大学、华中科技大学和西安交通大学等都在快速成型机领域拥有了自己的市场。在产
品开发中快速成型制造技术主要应用于以下几个方面:
3.1 工程设计
1)工程设计的可视化。概念模型在产品设计中至关重要。设计者通过计算机辅助软件
表达出他们的设计理念,但是无论工程设计者怎么优秀,怎么认真的进行工程策划、设计,
计算机软件具有多么强大的功能表征复杂模型,仍然很难想象设计出来的产品的具体效果,
一些工程或设计人员的疏忽仍然无法预见。只有制作出来实际的物理模型才能更好的揭示产
品的优劣;快速原型制造技术就能在一个相对非常短的时间内,制作出能够快速评价工程设
-1-