机械制造快速成型技术

熔丝沉积快速成型

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１ 绪论

快速成形技术是一门先进制造技术,具有非常广阔的应用前景，但是国内企业应用快速成形技术依赖国外生产的设备，导致应用成本高昂，影响了快速成形技术在国内的推广和应用。熔丝沉积快速成形（FDM）方法是快速成形技术中的一个重要分支，它涉及到机械、数控、高分子材料和计算机等技术，熔丝沉积快速成形设备具有硬度高、不使用激光器、设备成本低等优点，其制件强度好。因此,研究和开发国产化的熔丝沉积快速成形设备具有重要的义。

本文主要讲了熔丝沉积成型的工作原理,应用范围

２ FDM快速成型技术简介

2.1 熔融沉积制造技术简介:

研究熔融沉积制造(Fｕeｓd Deposｔｉon Moｄeling 简称FDM)工艺的主要有Stratasys公司和Meｄ

Modeler公司。这种技术以美国Ｓtratａｓys公司开发的产品制造系统应用最为广泛。Strataｓyｓ公司于1９93年开发出第一台FDM-1650(台面为２50mmｘ2５0mｍｘ250mm）机型后,先后推出FＤM－２０００、FＤM－3０00和FDM－8000机型。

图1为美国Straｔasys公司生产的Ｄiｍenｓioｎ型号的FDＭ快速成型机外形，成型尺寸203ｍｍX２0３mmｘ３05mm。该系统采用挤出头磁浮定位(Magnic Ｄrｉvｅ）系统，可在同一时间独立控制两个挤出头。因此其造型速度为过去的5倍。

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图 ２-１ Ｄimeｎsion BＳＴ 120０es三维打印机

2.2 工艺原理

熔丝沉积成型（Fuｓed Dｅposition Modeliｎg简称FＤM）是快速成型技术中的一种。其工作原理如图2所示:

图2-2熔丝沉积成型工作原理图

该系统组要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热机构,工作台５个部分。工作时，先确定各层间距、路径宽度,计算机对计算机模型进行切片，生成路径，然后在计算机控制下喷头按路径移动出丝,喷丝粘结在工作台上已制作层面上，如此反复逐层制作,直至最后一层，这样熔丝粘结形成所要求的实体模型。其中喷头是关键、最复杂的部分，材料在喷头中北加热熔化,喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料，与前一层粘结并在空气中迅速固化，如此反复进行即可得到实体零件。它的工艺过程决定了它在制造悬臂件时需要添加支撑,这点与LOＭ和SLS完全不同。现在的ＦＤM快速成型系统一般都采用双喷头独立加热，一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷支撑材料做支撑，两种材料的特性不同,制作完毕后去除支撑相当容易。

新时期快速成型技术的研究及其在机械铸造中的应用

摘要：在目前的国际成型工艺中，快速成型技术已发展为一项专业的技术，成为了人们关注的焦点。在传统的工艺中，机械铸造以其成本较低、制造灵活性较大的特点被广泛使用。使用机械铸造可以获得形状较复杂和形状较大的铸件。因此，结合快速成型和机械铸造能够保证产品生产的经济性和实用性。

关键词：快速成型；机械铸造；应用

随着机械制造业的发展，铸造行业面临着新的快速制造问题。例如：在进行生产单件、小批量零件的制造时要保证制造的柔性和生产成本的使用限度。在传统的制造工艺中，由于受到技术的限制，很难满足现代化生产的要求，因此，在进行铸造的过程中必须要积极采用先进技术，保证在市场中的占有率和产品质量，提高整体的竞争力。快速成型技术能够将原有的设计进行进一步的加工和形成实体，在不采用模具的情况下进行形状的塑造。采用快速成型技术制造出的模型能够使用到产品设计验证和使用功能验证等方面，为产品的设计优化提供更多的参考依据。保证产品的研制成功率，有效的缩短产品的研发周期，减少研发成本的投入。

一、快速成型技术的原理及方法

快速成型技术是高科技研发的新成果，其核心技术在于采用计算机技术和材料技术进行产品生产和加工。快速成型技术是在原有的机械加工的基础上进行的，利用CAD生成的零件几何信息，对三维数控成型系统进行控制，采用激光等零件形成方法进行零件的加工。采用快速成型技术能够有效地缩短生产时间，降低模具的生产费用，提高产品的生产效率和质量。

快速成型技术是先进制造技术中的重要组成部分，在制造方法和制造工艺中有着重要的突破，并且在很大程度上提升了产品的质量和性能，加快了产品的生产速度，整体推动了制造工艺的发展。快速成型的基本原理是依据三维零件是由二维平面沿着同一的坐标方向逐渐叠加而成的，因此在进行分析时，可将三维实体进行分离，在平面中进行信息的分析，综合采用粘连、熔结的方法进行材料的连接。其采用的主要制造方式是在工件中加入新的材料，至零件成型。

题目： 1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？

2、按制造工艺原理分，快速成型工艺主要分成哪几类？

3、简述快速成型技术有哪些应用？

4、典型的快速成型工艺有哪几种？试分析成型工艺的特点。

5、反求工程的基本含义是什么？应用在那几个方面？

6、结合课程知识点，谈谈快速成型技术对新产品设计的作用。

1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？

快速成型原理

RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，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"。

每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。

RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，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的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，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的新产品样件、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，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下：

（1）SLA快速成形系统的成形原理：

成形材料：液态光敏树脂；

制件性能：相当于工程塑料或蜡模；

主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

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科技资讯SIN&TNOLOGYINFORMTION2008NO.09SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION学术论坛

从20世纪90年代开始,市场环境发生了很大的改变.一方面消费者的需求日益

个性化,多样化;另一方面制造商们要面对市场,不但要迅速的设计出符合人们要求

的产品还要缩短设计周期抢占市场,随着计算机技术和CAD/CAM技术的广泛应

用,许多新的加工方法也随之产生.快速成型(也称快速原型)制造技术借

助于计算机,激光,精密传动和数控等现代技术手段,将CAD和CAM集于一体,根据

在计算机上构造的三维模型,在很短的时间内直接制造产品样品,无须传统的机械

加工机床和模具。该技术可应用于快速工装模具制造(QuickTooling/Molding)、快

速精铸技术(QuickCasting)以实现零件的快速制造(QuickManufacturing)。

快速成型技术的基本原理是基于离散的增长方式成型制件，其最早可以追溯到

1892年，Blanther在他的美国专利中曾建议用叠层的方法来制作地图模型直至1988

年快速成型设备才开始商品化。RP技术按照使用的材料不同和零件的制造技术不

同可分为多种工艺。其中包括：光固化技术(SLA)、选择性激光烧结技术（SLS）、层

状物质制造技术(LOM)和熔融沉积制造技术(FDM)等。

１　快速成型常用的四种成型工艺

１.1光固化立体造型（SLA）光固化成型工艺，也称立体光刻成

型，简称SLA。SLA以成为最为成熟和广泛应用的RP的典型技术之一。它以光敏

树脂为原料，通过计算机控制紫外线激光使凝固成型。这中方法能简捷、全自动的

制造出各种方法难以加工的复杂立体形状，在加工技术领域中具有划时代的意

义。光固化成型的原理：该技术以光敏树

脂为原料，将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