A. 快速成型技术主要包括哪些方法
主要有SLA(激光快速成型),成型材料:光敏树脂;
FDM(熔融堆积成型),成型材料:ABS,PC,PPSF等;
OBJET(高精度快速成型),和SLA成型原理类似,材料:光敏树脂。
CNC手板模型;
真空复模,运用硅胶材料制作简易模具,进行小批量的浇注成型。
低压灌注,适用于结构接单的大件制作。
B. 快速成型材料种类及工艺方法
目前快速成型主要工艺方法。本文仅介绍目前工业领域较为常用的工艺方法。
1熔积成型法(Fused DePOSTTTION Modeling)
在熔积成型法( FDM)的过程中,龙门架式的机械控制喷头可以在工作台的两个主要方向移动,工作台可以根据需要向上或向下移动。热塑性塑料或蜡制的熔丝从加热小口处挤出。最初的一层是按照预定的轨迹以固定的速率将熔丝挤出在泡沫塑料基体上形成的。当第一层完成后,工作台下降一个层厚并开始迭加制造一层。FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上,通常控制在比熔点高1℃左右。
FDM制作复杂的零件时,必须添加工艺支撑。下一层熔丝将铺在没有材料支撑的空间。解决的方法是独立于模型材料单独挤出一个支撑材料,支撑材料可以用低密度的熔丝,比模型材料强度低,在零件加工完成后可以将它拆除。
在FDA4机器中层的厚度由挤出丝的直径决定,通常是从0. 50mm到0. 25mm(从0. 02in到0. O1 in)这个值代表了在垂直方向所能达到的最好的公差范围。在x-y平面,只要熔丝能够挤出到特征上,尺寸的精确度可以达到0. 025mm(O.OO1in)。
FDM的优点是材料的利用率高,材料的成本低,可选用的材料种类多,工艺干净、简单、易于操作且对环境的影响小。缺点是精度低,结构复杂的零件不易制造,表面质量差,成型效率低,不适合制造大型零件。该工艺适合于产品的概念建模以及它的形状和功能测试,中等复杂程度的中小成型,由于甲基丙烯酸ABS材料具有较好的化学稳定型,可采用伽马射线消毒,特别适于医用。
2光固化法(Stereolithography )
光固化法是目前应用最为广泛的一种快速成型制造工艺,它实际上比熔积法发展的还早。光固化采用的是将液态光敏树脂固化(硬化)到特定形状的原理。以光敏树脂为原料,在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。
成型开始时工作台在它的最高位置(深度a),此时液面高于工作台一个层厚,零件第一层的截面轮廓进行扫描,使扫描区域的液态光敏树脂固化,形成零件第一个截面的固化层。然后工作台下降一个层厚,使先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描固化,与此同时新固化的一层牢固地粘接在前一层上,该过程一直重复操作到达到b高度。此时已经产生了一个有固定壁厚的圆柱体环形零件。这时可以注意到工作台在垂直方向下降了距离ab。到达b高度后,光束在x-y面的移动范围加大从而在前面成型的零件部分上生成凸缘形状,一般此处应添加类似于FDM的支撑。当一定厚度的液体被固化后,该过程重复进行产生出另一个从高度b到c的圆柱环形截面。但周围的液态树脂仍然是可流动的,因为它并没有在紫外线光束范围内。零件就这样由下及上一层层产生。而没有用到的那部分液态树脂可以在制造别的零件或成型时被再次利用。可以注意到光固化成型也像FDM成型法一样需要一个微弱的支撑材料,在光固化成型法中,这种支撑采用的是网状结构。零件制造结束后从工作台上取下,去掉支撑结构,即可获得三维零件。
光固化成型所能达到的最小公差取决于激光的聚焦程度,通常是0.00125mm(0.0005in)。倾斜的表面也可以有很好的表面质量。光固化法是第一个投人商业应用的RF(快速成型)技术。目前全球销售的SL(光固化成型)设备约占Rl'设备总数的70%左右。SL(光固化成型)工艺优点是精度较高,一般尺寸精度控制在10. 1 mm;表面质量好,原材料的利用率接近100%,能制造形状特别复杂、特别精细的零件,设备的市场占有率很高。缺点是需要设计支撑,可以选择的材料种类有限,容易发生翘曲变形,材料价格较贵。该工艺适合成型制造比较复杂的中小件。
3激光选区烧结(Selective Laser Sinering)
激光选区烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)是一种将非金属(或普通金属)粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用CO:激光器作为能源,目前使用的在加工室的底部装备了两个圆筒:
1)一个是粉末补给筒,它内部的活塞被逐渐地提升通过一个滚动机构给零件造型筒供给粉末;
2)另一个是零件造形筒,它内部的活塞(工作台)被逐渐地降低到熔结部分形成的地方。
首先在工作台上均匀铺上一层很薄(l00~200μm)的粉末,激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结,从而使粉末固化成截面形状,一层完成后工作台下降一个层厚,
C. 常用快速成型的工艺方法
目前快速成型的主要工艺方法包括:
1. 熔积成型法(Fused Deposition Modeling, FDM)
在FDM工艺中,机械臂搭载的喷头沿工作台两个主要方向移动,同时工作台上下移动以铺设熔丝。热塑性塑料或蜡制熔丝通过加热挤出,形成层状结构。每层完成后,工作台下降并叠加新层。控制熔丝温度略高于熔点(通常高1℃左右)是关键。FDM适合制作复杂零件,但需添加支撑结构。支撑材料通常使用低密度丝材,可在成型后去除。层厚由挤出丝直径决定,影响垂直方向的公差。FDM的优势在于材料利用率高、成本低,材料选择多,工艺环境友好。但存在精度较低、复杂结构件难以制造、表面质量较差、效率不高以及不适合大型零件生产的缺点。适用于产品原型制作和测试,尤其是医用器械,因其使用的甲基丙烯酸ABS材料可经伽马射线消毒。
2. 光固化法(Stereolithography, SLA)
光固化法是应用最广泛的快速成型技术之一,使用液态光敏树脂,通过紫外激光逐点扫描固化,形成零件的每一层。成型开始时,工作台位于最高位置,液面高于工作台一个层厚。第一层固化后,工作台下降,涂抹新液态树脂并重复扫描。如此循环,逐层固化,形成圆柱体环形零件。到达一定高度后,可在已成型部分上生成凸缘,需添加支撑结构。零件由下至上逐层固化,未使用的树脂可回收利用。光固化成型同样需要支撑结构,通常采用网状形式。完成后去除支撑,即可得到三维零件。
D. 快速成型的模型制造方法有哪些
快速成型的模型制造方法主要包括直接制模法和间接制模法两大类,具体方法如下:
直接制模法: 3D打印:这是一种通过逐层堆积材料来构建三维物体的技术,广泛应用于快速原型制作和直接制造。 LOM法:利用激光切割薄片材料,通过逐层叠加形成三维实体模型。 光固化法制作注射成型模型:通过紫外线光固化液态树脂,逐层构建出具有高精度和复杂几何形状的模型,适用于注射成型前的原型制作。 SLS激光粉末烧结:利用激光能量烧结粉末材料,形成致密的固体结构,适用于制作金属、陶瓷等材料的复杂模型。
间接制模法: 硅胶模:通过制作硅胶模具,再灌注材料来复制原型,适用于小批量生产和快速原型验证。 环氧树脂模型:使用环氧树脂材料制作模型,具有高强度和耐腐蚀性,适用于特定应用场景。 镍和陶瓷混合物模型制造技术:结合镍和陶瓷材料的优点,制作出具有高强度和耐高温特性的模型。 表面喷涂金属的模型:在原型表面喷涂金属层,以增加模型的硬度和美观度,适用于展示和功能性测试。 铸造法:利用原型制作铸造模具,再通过铸造工艺生产出金属或其他材料的成品。 利用RP原型制作电火花加工用的电极:快速原型技术制作的原型可作为电火花加工的电极,用于精密加工和制造。 3D Keltool模型:这是一种特定的快速成型技术,用于制作高精度、高强度的工具模型,适用于复杂零件的快速制造。
以上方法各有特点,适用于不同的应用场景和需求,可根据具体情况选择合适的快速成型技术。