快速原型制造技术的发展与应用.docx
- 文档编号:538752
- 上传时间:2022-10-10
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:26.37KB
快速原型制造技术的发展与应用.docx
《快速原型制造技术的发展与应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《快速原型制造技术的发展与应用.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
快速原型制造技术的发展与应用
快速原型制造技术发展及应用
[摘要]本文首先介绍了快速成型技术国内外发展现状、快速成型技术成型方式、成型特点和应用状况,指出立体光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、熔积成型(FDM)是目前使用几种主要成型方式,并对它们成型原理进行了简要介绍。
研究了快速成型技术在新产品开发、铸造技术和模具制造方面应用。
快速成型技术改变了传统产品开发模式,可以为设计者提供产品样件,缩短设计周期,加快新产品开发进度,为决策者提供直观性;快速成型技术迅速提供砂型铸造、熔模铸造、实型铸造用各种模样,包括树脂模、层压模、熔模和消失模等,还可采用直接制壳铸造法直接制造熔模铸造用压型、金属型、压铸型、注塑模,甚至直接制造小批量铸件,介绍了熔积成型技术在石膏型精密铸造上应用和基于选择性激光烧结技术快速铸造技术,快速成型技术及铸造工艺有机结合,开创了快速制造金属零件新阶段,对用高新技术改造传统铸造工业,使其面貌焕然一新,增强铸造行业竞争能力;快速成型技术为母模制造提供了一条快速、经济、可行技术途径,讨论了利用快速成型技术制造模具一般工艺方法,探讨了将快速成型技术及金属电弧喷镀技术结合起来快速制造金属模具问题,以及快速成型技术及精密铸造技术相结合模具制造工艺,基于快速成型制造快速模具技术,集成了快速成型制造高新技术和传统技术,发挥各自优势,己成为产品快速更新换代和新产品开发及中、小批量生产有效手段之一。
预测了快速成型技术发展趋势,指出随着技术不断进步和工业发展,快速成型技术将发挥越来越重要作用。
[关键词]快速成型技术,新产品开发,铸造
引言
目前,市场环境发生了巨大变化。
一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化;另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场激烈竞争。
面对市场,不但要很快地设计出符合人们消费需求产品,而且必须很快地生产制造出来,抢占市场,因此,面对一个迅速变化已无法预料买方市场,以往传统大批量生产模式对市场响应就显得越来越迟缓及被动。
快速响应市场需求,己成为制造业发展重要走向。
为此,这些年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进制造技术,以提高制造工业发展水平,以便在激烈全球竞争中占有一席之地,及此同时,计算机、微电子、信息、自动化、新材料和现代化企业管理技术发展日新月异,产生了一批新制造技术和制造模式,制造工程及科学取得了前所未有成就。
快速成型技术就是在这种背景下逐步形成并得以发展。
快速成型技术发展,使得产品设计、制造周期大大缩短,提高了产品设计、制造一次成品率,降低产品开发成本,从而给制造业带来了根本性变化。
快速成型(raPdiPrototyPing,RP)技术是在计算机技术、数控技术、激光技术和新材料基础上发展起来一种先进制造技术。
它具备如下特点:
原型复制性、互换性高,制造工艺及制造原型几何形状无关,在加工复杂曲面时更显优越;加工周期短,成本低,成本及产品复杂程度无关,一般制造费用降低50%,加工周期节约70%以上;高度技术集成,可实现设计制造一体化;制造原型所用材料不限,各种金属和非金属材料均可使用,因而,得到了广泛应用。
快速成型技术自80年代问世以来,在成型系统、材料方面有了长足进步,同时推动了快速制模技术(raPidto01ing,RT)和快速制造技术(raPdimanufaCturing,RM)发展。
近年来,该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好应用。
1快速成型技术发展现状
1.1快速成型技术在国外发展
快速成型技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件制造方法。
分层制造三维物体思想雏形,最早出现在制造技术并不发达19世纪。
早在1892年,日lanther主张用分层方法制作三维地图模型。
1979年东京大学中川威雄教授,利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。
光刻技术发展对现代RP技术出现起到了催化作用。
20世纪70年代末到80年代初期,美国3M公司AlanJ.Hebert(1978年)、日本小玉秀男(1980年)、美国UVP公司CharlesW.Holl(1982年)和日本丸谷洋二(1983年),在不同地点各自独立地提出了钟概念,即利用连续层选区固化产生三维实体新思想。
Charlesw.Holl在UVP继续支持下,完成了一个能自动建造零件称之为SterolithograPhyAPP:
:
atus(SLA)完整系统SLA一1,1986年该系统获得专利,这是即发展一个里程碑。
同年,CharleSW.Hun和UVP股东们一起建立了3DSystem公司,随后许多关于快速成型概念和技术在3DSystem公司中发展成熟。
及此同时,其它成型原理及相应成型机也相继开发成功。
1984年MIChaelFeygi门提出了分层实体制造(IJam1natedjee:
Manufaeturing,LOM)方法,并于1985年组建Helisys公司,1990年前后开发了第一台商业机型LOM一1015。
1986年,美国TexaS大学研究生C.Deekard提出了SeleCtiVeLaserSinte,,ing(SLS)思想,稍后组建了nTM公司,于1992年开发了基于SLS商业成型机(Sinterstati。
。
)。
Sc。
ttCr。
mP在1988年提出了FusedDePosi:
ionModeling(FDM)思想,1992年开发了第一台商业机型3D一Modeelr。
自从80年代中期SLA成型技术发展以来到90年代后期,出现了十几种不同快速成型技术,除前述几种外,典型还有3DP,SDM,SGC等。
但是,SLA、LOM、SLS和FDM四利,技术,目前仍然是快速成型技术主流。
即技术在世界正式出现并获得了迅猛发展,表现出极强生命力。
美国在该技术领域一直处于领先地位,日本和欧洲等工业发达国家都投入了大量资金进行研究及开发。
1998年在我国上海举行第七届国际模具技术和设备展览会上,美国、日本、德国、新加坡等国都展出了RP设备。
目前全世界己有2000多台RP系统投入使用。
据报道,世界上快速制造服务中心发展很快,己由1992年刚开始出现时42家猛增到1996年284家,现在又有新增长。
国外有关RP研究学术会议和专业刊物都己出现1991年Dagtn大学每年主办。
t.Conf.onRaPidPrototyPing这是举办时问最早学术会议。
由美国sME协会!
冲A分会主办Int.Conf.onR:
PidPr。
t。
tyPingandManufact。
ring会议,侧重快速成型在制造业中应用,同时进行商业展览。
1996年参加会议人数达610人。
欧洲和日本也相应举办了RPM年会。
RPM技术己成为许多国际会议热点主题。
己创刊RP专业杂志有美国C八})/CAM杂志每月新闻通讯RaPidProt。
tyPingRePortS,美国MCB大学出版1995年创刊RaPidPrototyPsngJo。
rnal和美国RP季刊RaPidPrototyPing概括起来,这些会议和杂志涉及新RP方法和工艺、新材料开发、快速模具制造、制件精度、软件及新应用等。
1.2快速成型技术在国内发展
我国RP技术研究始于1991年,清华大学、西安交通大学、华中理工大学、南京航空航大大学等高等学校和北京隆源公司、广州中望商业机器有限公司等都在RP技术研究及应用方面取得了显著成果。
这些成果包括即理论、CAO数据处理软件、RP工艺原理、方法及控制技术、成型设备、成型材料以及成形精度等方面。
儿年来,我国RP技术飞速发展,己研制出及国外SLA(立体光固化),LOM(分层实体制造),SLS(选择性激光烧结),FDM(熔积成型)等工艺方法相似设备,并逐步实现了商品化,其性能达到了国际水平。
清华大学最先引进了美国3D公司SLA一250设备及技术并进行研究及丁卜发,现己开发出“M一RPMS一11”型多功能快速成型制造系统。
该系统具有分层实体制造SSM(LOM)和熔积成型一MEM(FDM)两种功能,这是我国自主知识产权世界唯一拥有两种快速成型工艺系统。
它具有较好性能价格比是基于“模块化技术集成”概念设计制造,只需在基础件上增加或更换某一功能模块,即可完成相对应特定工艺。
此外,清华大学还开发出基于FDM法熔丝沉积制造系统MEM一250和基于IOM法分层实体制造系统SSM一500等。
华中理工大学研制出以纸为成型材料基于分层实体制造法(LOM)HRP系统;西安交通大学开发了基于立体印刷法(SLA)LPS和cPS系统;南京航空航大大学开发了基于选择性激光烧结法(SLS)RAP系统:
北京隆源公司推出了基于选择性激光烧结法(SLS)AFS系统;1998年5月在上海举行第七届国际模具技术和设备展览会上清华大学、西安交通大学、华中理工大学,北京隆源快速成形公司等单位均展示了各自开发快速成型系统。
在基于快速成型技术快速制造模具方面,上海交通大学开发了具有我国自主知识产权铸造模样计算机辅助快速制造系统,为汽车行业制造了多种模具:
隆源公司RP服务中心也为企业制作了多种精密铸模;华中理工大学研究出了一种复膜技术快速制造铸模,翻制出了铝合金模具和铸铁模块。
在模具制造业,可以利用快速成型技术制得快速原型,结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产模具;快速成型件也可以直接或间接制得巨DM电极,用于电火花加生产模具;快速成型技术制得快速原型也可以直接作为模具。
90年代中末期是R技术蓬勃发展阶段。
目前,国内RP技术主要在一些大型企业、公司应用,如广东美、华宝、科龙、江苏春兰、小天鹅,青岛海尔等,都先后采用快速成形系统来丁卜发新产品J,收到了很好效果。
国内家电行业在快速成形系统应用上,走在了国内前列。
北京、广州等地一些单位相继成立了RP服务中心,进行即M技术应用推广工作。
目前,国内由政府资助,正在深圳、天津等地建立一批向企业提供快速成形技术服务机构,推动快速成形技术在我国广泛应用。
我国在1995年召开了第1届快速成型制造会议。
1996年在中国先进制造技术会议上发表了20多篇有关RP技术论文,使之成为会议主题之一。
1998年西安交通大学召开了全国快速成形及模具快速制造会议。
但总一说来,及工业化国家相比我国RP技术研究和应用尚存在一定差距。
2工作原理
RP系统可以根据零件形状,每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状截面,然后再把它们逐层粘结起来,就得到了所需制造立体零件。
当然,整个过程是在计算机控制下,由快速成形系统自动完成。
不同公司制造RP系统所用成形材料不同,系统工作原理也有所不同,但其基本原理都是一样,那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
RP技术基本原理是:
将计算机内三维数据模型进行分层切片得到各层截面轮廓数据,计算机据此信息控制激光器(或喷嘴)有选择性地烧结一层接一层粉末材料(或固化一层又一层液态光敏树脂,或切割一层又一层片状材料,或喷射一层又一层热熔材料或粘合剂)形成一系列具有一个微小厚度片状实体,再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体,便可以制造出所设计新产品样件、模型或模具。
自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来,已经有十几种不同成形系统,其中比较成熟有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。
3快速成型技术特点
3.1快速性
从CAO设计到原型零件制成,一般只需几个小时至几十个小时,速度比传统成型方法快得多,使快速成形技术尤其适合于新产品开发及管理。
3.2设计制造一体化
落后CAPP一直是实现一设计制造一体化较难克服一个障碍,而对于快速成形来说,由于采用了离散堆积加工工艺,CAPP已不再是难点,CAD和CAM能够很好地结合。
3.3自由成形制造
自由含义有两个:
一是指可以根据零件形状,无需专用工具限制而自由地成形,可以大大缩短新产品试制时间;二是指不受零件形状复杂程度限制。
3.4高度柔性
仅需改变CAD模型,重新调整和设置参数即可生产出不同形状零件模型。
3.5材料广
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 快速 原型 制造 技术 发展 应用