快速成型制造技术
快速成型制造技术
特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家制造技术水平和能力的重要标志，在我国的许多关键制造业中发挥着不可替代的作用。采用特种加工技术可以加工特殊材料，且加工中无切削力，能够进行微细加工及复杂的空间曲面成形，所以能够解决航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械等工业中的关键技术难题，从而逐步形成新兴的特种加工行业。特种加工技术主要包括电加工技术、高能束流加工技术、快速成型制造技术等，其中以快速成型制造技术对现代制造业的影响最为重大。
快速成型制造技术(Rapid Prototyping Manufac?turing ，RPM) ，就是根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件。它是在20世纪80年代后期发展起来的，被认为是最近20年来制造领域的一次重大突破，是目前先进制造领域研究的热点之一。快速成型制造技术是集CAD 技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术。传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，制造成本高，周期长，对于一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率的加工要求。快速成型制造技术能够适应这种要求，是现代制造技术的一次重大变革。
快速成型产品随着CAD 建模和光、机、电一体化技术的发展，快速成型技术的工艺方法发展很快。目前已有光固法(SLA)、层叠法(LOM)、激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三维印刷法(TDP)、喷粒法(BPM)等10余种。
1、光固化立体造型(Stereolithography，SLA)
该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光，以预定零件各分层截面的轮廓为轨迹，对液态树脂逐点扫描，由点到线到面，使被扫描区的树脂薄层产生聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在原先固化好的树脂表面再覆盖一层新的液态脂以便进行新一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕，其工作原理如图l 所示。SLA 法是第一个投入商业应用的RPM 技术，其方法特点是精度高、表面质量好、原材料利用率将近100％，可以制造形状特别复杂、外观特别精细的零件。
2、层片叠加制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)
层片叠加制造工艺是将单面涂有热溶胶的箔材(涂覆纸涂有粘接剂覆层的纸、涂覆陶瓷箔、金属箔等) 通过热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD 分层模型所获数据，用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓，然后新的1层箔材再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割一粘合一切割，直至整个零件模型制作完成。
3、选择性激光烧结(Selected Laser Sintering，SLS)
以激光器为能量源，通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属(或复合物) 的粉末材料均匀地烧结在加工平面上旧J 。激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。激光束扫描之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。根据物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平后，开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，经打磨、烘干等处理后获得零件。
4、熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling，FDM)
将CAD 模型分为一层层极薄的截面，生成控制FDM 喷嘴移动轨迹的二维几何信息。FDM 加热头把热熔性材料(ABS、尼龙、蜡等材料) 加热到临界半流动状态，在计算机控制下，喷嘴头沿CAD 确定的二维几何信息运动轨迹挤出半流动的材料，沉积固化成精确的零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成层，进行固化。这样层层堆积粘结，自下而上形成一个零件的三维实体。
上述4种RPM 方法，都有一个共同几何物理基础：分层制造原理。从几何上讲，将任意