快速成形加工原理及特点

如题所述

对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息自动生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐步顺序叠加成三维坯件,然后进行坯件的后处理,形成零件。
2.快速成形工艺过程及特点
    1)工艺过程
    (1)产品三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动,因此首先要构建所加工工件的三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E,I-DEAS,Solid Works,NX等)直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描,得到点云数据,然后利用反求工程的方法来构造三维模型。
    (2)三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面,加工前要对模型进行近似处理,以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用,目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型,每个小三角形用3个顶点坐标和一个法向量来描述,三角形的大小可以根据精度要求进行选择。STL文件有二进制码和ASCⅡ码两种输出形式,二进制码输出形式所占的空间比ASCⅡ码输出形式的文件所占用的空间小得多,但ASCⅡ码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。
    (3)三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向,在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型,以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm~0.5mm,常用0.1mm。间隔越小,成型精度越高,但成型时间也越长,效率就越低,反之则精度低,但效率高。
    (4)成型加工。根据切片处理的截面轮廓,在计算机控制下,相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓
    (5)成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件,进行打磨、抛光,或放在高温炉中进行后烧结,进一步提高其强度。
   
    成型过程示意图
    2)特点:
    (1)可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理,它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加,可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性此外,RP技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。
    (2)快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件,具有快速制造的突出特点。
    (3)高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程,快速制造零件。
    (4)快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标,即材料的提取(气、液固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化。
    (5)与反求工程(Reverse Engineering)、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合,成为产品决速开发的有力工具。
    因此,快速成型技术在制造领域中起着越来越重要的作用,并将对制造业产生重要影响。
    本文介绍了快速成型的基本理论,快速成型工艺过程及特点,以及快速成型的分类和应用领域
3.快速成形分类 
    快速成型技术根据成型方法可分为两类:基于激光及其他光源的成型技术(Laser Technology),例如:光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、选域激光粉末烧结(SLS)、形状沉积成型(SDM)等;基于喷射的成型技术(Jetting Technoloy),例如:熔融沉积成型(FDM)、三维印刷(3DP)、多相喷射沉积(MJD)。下面对其中比较成熟的工艺作简单的介绍。
    1)SLA(Stereo Lithography Apparatus)方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法。SLA工艺成型的零件精度较高,加工精度一般可达到0.1mm,原材料利用率近100%。但这种方法也有自身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。
    2)LOM(Laminated bbbbbb Manufacturing)工艺LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造,采用薄片材料,如纸、塑料薄膜等。
    LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓,而不用扫描整个截面。因此成型厚壁零件的速度较快,易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变,因此不易引起翘曲变形。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用,所以LOM工艺无需加支撑。缺点是材料浪费严重,表面质量差。
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