下载文档原格式
熔丝沉积快速成型————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：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２FDM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MeｄModeler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。
•图２-１Ｄimeｎsion BＳＴ120０es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。
简述熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型是一种高效、精确的制造技术，可以实现复杂零件的快速制造。
其成型原理主要基于熔融金属的沉积和凝固过程。
在熔融沉积成型过程中，金属材料首先被加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
然后，通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
在喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
熔融沉积成型的成型原理可以分为以下几个关键步骤：1. 材料预处理：在熔融沉积成型之前，需要对金属材料进行预处理。
这包括去除表面的氧化物和杂质，以确保沉积的金属材料具有良好的质量和精度。
2. 加热和熔化：通过引入高温能源，如激光束或电弧，将金属材料加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
在熔化过程中，金属材料的颗粒逐渐熔化并形成液态金属。
3. 喷射和沉积：通过控制加热源的移动和喷射速度，将熔融金属喷射到工件的特定位置上。
喷射过程中，熔融金属与已有的材料层发生热交换，迅速冷却并凝固。
随着喷射的持续进行，熔融金属逐渐沉积在工件上，形成所需的形状和结构。
4. 层与层的连接：在沉积过程中，各层之间需要保持良好的连接。
这可以通过控制喷射参数、调整喷射路径和优化沉积策略来实现。
确保各层之间的连接性对于最终工件的性能和质量非常重要。
5. 结构调整和后处理：在完成沉积过程后，可能需要对工件进行结构调整和后处理。
这包括去除不需要的材料、表面光洁处理、热处理等。
这些步骤可以进一步提高工件的质量和性能。
熔融沉积成型技术的成型原理基于金属材料的熔化和凝固过程，通过控制喷射参数和沉积策略，可以实现复杂零件的高精度制造。
与传统的制造方法相比，熔融沉积成型具有快速、灵活和可定制性强的优势，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
随着材料科学和制造技术的不断发展，熔融沉积成型技术将进一步推动制造业的创新和进步。
科技·探索·争鸣科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision科技视界1熔融沉积快速成型简介基于CAD/CAM 技术的快速成型技术（又称3D 打印技术）近年来成为社会与科技热点。
该技术是利用CAD 模型驱动，通过特定材料运用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术[1]。
整个产品制造过程无需开发模具，利用计算机三维实体建模得到的模型即可直接打印制件，因此可以实现产品的快速制造。
熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling ，FDM)则是一种近十几年来得到迅速发展的快速成型制造工艺。
该工艺又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，根据零件的分层截面信息，按照一定的路径，在成型板或工作台上进行逐层地涂覆。
由于热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。
与SLA 、SLS 等工艺不同，熔融沉积在成型过程中不需要激光，设备维护方便，成型材料广泛，自动化程度高且占地面积小，目前被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。
但是，由于其成型过程为半固态到固态过程的转化，分层厚度不易降低以及热熔性材料冷却过程中的收缩等因素，使得成型件的精度难以得到保证，也制约了熔融沉积成型的发展。
目前国内外学者针对熔融沉积快速成型设备、材料、工艺以及数值模拟等方面开展了一系列研究并取得了阶段性成果。
2熔融沉积快速成型设备方面的研究进展当前FDM 设备制造系统应用最为广泛的主要是美国Stratasys 公司的产品,从1993年Stratasys 公司开发出第一台FDM1650机型以来，先后推出了FDM-2000，FDM-3000和FDM-8000机型。
简述熔融沉积成型的成型原理熔融沉积成型是一种先进的制造技术，通过将材料加热至熔点，使其熔化成液态，然后通过喷射或涂覆的方式将熔融材料沉积在基底上，最终形成所需的零件或构件。
这种成型方法具有高效、灵活和精密的特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
熔融沉积成型的原理是基于材料的熔化和凝固过程。
首先，选择适合的材料并加热至其熔点，使其转变成液态。
然后，通过喷射或涂覆的方式将熔融材料沉积在基底上。
喷射方式通常使用喷嘴将熔融材料喷射到基底上，形成一层薄膜。
涂覆方式则是将熔融材料涂覆在基底上，形成一层均匀的涂层。
最后，熔融材料在基底上冷却凝固，形成所需的零件或构件。
熔融沉积成型的原理可以分为两个主要过程：熔化和凝固。
在熔化过程中，材料被加热至其熔点，形成液态。
这一过程可以通过电弧、激光或电子束等加热源来实现。
加热源的选择取决于材料的性质和所需成型的精度。
在熔化过程中，材料的表面张力会使其形成球形，这种球形的特性有助于喷射或涂覆过程的进行。
在凝固过程中，熔融材料在基底上冷却凝固，形成均匀的涂层或薄膜。
凝固过程中，材料的温度逐渐降低，由液态转变为固态。
在这个过程中，凝固速度对成型的质量和性能起着重要作用。
如果凝固速度过快，可能会导致材料内部产生缺陷，影响成型的质量。
因此，控制凝固速度是熔融沉积成型的关键之一。
熔融沉积成型的原理可以应用于各种材料，包括金属、陶瓷和塑料等。
不同材料的熔化和凝固过程可能存在差异，需要针对不同材料进行调整和优化。
同时，熔融沉积成型还可以实现多材料的复合成型，通过控制不同材料的比例和喷射顺序，可以在基底上形成复合材料结构，提高材料的性能和功能。
熔融沉积成型是一种高效、灵活和精密的制造技术，通过将材料加热至熔点，使其熔化成液态，然后将熔融材料沉积在基底上，最终形成所需的零件或构件。
这种成型原理可以应用于各种材料，并且可以实现多材料的复合成型。
熔融沉积成型的发展将为制造业带来新的机遇和挑战，推动制造业向数字化、柔性化和智能化方向发展。
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆 Fus ed Dep osi tion Mod eling 快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法,简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室,加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料如直径为1.78m m的塑料丝由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热和溶化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用,如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净,易于操作,不产生垃圾,小型系统可用于办公环境,没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆,成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS M AB S 材料具有较好的化学稳定性,可采用加码射线消毒,特别适用于医用。
但成型精度相对较低,不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料,如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻Stereo litho gra phy原理的一种工艺,简称SLA,也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂,它在紫外激光束的照射下会快速固化。
熔融沉积快速成型技术教案标题：熔融沉积快速成型技术教案教案目标：1.使学生了解熔融沉积快速成型技术的基本原理和应用领域。
2.培养学生熟练操作熔融沉积快速成型设备的能力。
3.引导学生在熔融沉积快速成型技术的基础上进行创新设计与应用。
4.培养学生的团队合作与沟通能力。
教学内容：一、熔融沉积快速成型技术的概述1.定义与基本原理2.熔融沉积快速成型技术的分类3.熔融沉积快速成型技术的应用领域二、熔融沉积快速成型设备与工艺流程1.熔融沉积快速成型设备的组成与功能2.熔融沉积快速成型工艺流程的步骤与要点三、熔融沉积快速成型技术实践操作1.熔融沉积快速成型设备的操作要点与安全事项2.熔融沉积快速成型参数的设置与优化3.基于熔融沉积快速成型技术的样品制作实践四、熔融沉积快速成型技术的案例分析1.工业界熔融沉积快速成型技术的应用案例探讨2.学术界熔融沉积快速成型技术的研究进展与前景展望教学过程：1.导入：通过问答、图片展示等方式引入熔融沉积快速成型技术的概念和应用。
2.讲解与展示：详细介绍熔融沉积快速成型技术的定义、基本原理、分类和应用领域，并展示熔融沉积快速成型设备的组成和工艺流程。
3.实践操作：讲解熔融沉积快速成型设备的操作要点和安全事项，指导学生设置和优化熔融沉积快速成型参数，并进行基于熔融沉积快速成型技术的样品制作实践。
4.案例分析：讨论工业界和学术界关于熔融沉积快速成型技术的应用案例、研究进展和前景展望。
5.总结与小结：对本节课进行总结回顾，强调熔融沉积快速成型技术的重要性和应用价值。
教学方法：1.讲授法：通过讲解的方式，传授熔融沉积快速成型技术的相关知识。
2.实践操作法：通过实际操作熔融沉积快速成型设备，让学生亲身体验和掌握技术操作技能。
3.案例分析法：通过分析实际应用案例和研究进展，引导学生进行深入思考和讨论。
教学评估：1.观察学生在实践操作中的操作技能和安全意识。
2.考察学生对熔融沉积快速成型技术的理解和应用能力。
简述熔融沉积快速成型技术作者：林泽锋来源：《科学与财富》2020年第17期摘要：简单介绍了熔融沉积快速成型技术（FDM）的原理、发展过程及其应用，并展望了FDM快速成型技术的未来前景。
关键词：FDM;快速成型;3D打印1; 前言熔融沉积快速成型是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
该技术是当前应用较为广泛的一种3D打印技术，同时也是最早开源的3D 打印技术之一，随着材料的开发，FDM技术的应用范围越来越广，涉及的领域也越来越多，本文将会从FDM快速成型技术的原理、其发展过程，其应用等方面进行介绍，分析FDM快速成型技术的前景。
2; FDM快速成型技术的基本原理熔融沉积又称熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤压出来。
从数学方面看，FDM堆砌过程实质上是一个三维积分过程，即计算机控制成型设备以dz的层厚在各个Z高度上进行平面积分。
在各个Z 高度上的平面积分，则由计算机按零件的截面形状，将dx（或dy）变形处理为适合于设备进行填充运动的积分形式。
由成型设备以各z高度上截面形状填充出的以dZ为高度的薄层，在z方向上叠加堆砌出零件的近似实体。
从物理方面看，材料通过送料机构进给，在通过打印喷头时受热熔化并挤出，当喷头沿工件内外截面轮廓和内部填充轨迹运动时，挤出的材料迅速固化，并与已固化的材料粘结，逐层堆积，形成实体工件。
3; FDM快速成型技术的发展过程自1988年斯科特.克伦普研发了熔融沉积成型（FDM）技术以来，FDM技术就一直在优化，本文将从流道形状设计、喷嘴、打印材料几个方面介绍FDM技术的发展历程。
3.1; FDM流道形状的设计流道形状关乎产品形成速度、精度，因而设计出一个最佳形状的流道非常重要。
Wang等[4]针对喷嘴形状提供了5设计理念。
闵畅[5]提出将流道最前端加长，通过增大内壁面积，加大熔体对内壁粘附力，阻止打印材料停止打印时在挤压力作用下向下滴落的现象。
第34卷第4期河北工业大学学报2005年8月V ol.34No.4JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY August2005文章编号：1007-2373(2005)04-0015-05基于化学沉积方法的快速成形技术研究薛明1，杨伟东2，颜永年1（1.清华大学机械工程系，北京100084；2.河北工业大学机械学院，天津300132）摘要：各种快速成形新技术的涌现，提高了快速成形技术的成形能力，拓展了其应用领域．介绍了基于化学沉积方法的快速成形技术，提出了根据成形材料的不同状态和使能技术的不同方式将其分类的方法，分析了热化学液相沉积成形、激光诱导化学沉积成形、电子束诱导化学沉积成形、电化学沉积成形等快速成形新技术的基本原理和工艺特点，并阐述了其应用前景．关键词：快速成形；化学沉积；热化学；激光诱导；电子束诱导；电化学中图分类号：TG39；TH16文献标识码：AStudy on Rapid Prototyping Technologies Basedon the Chemical DepositionXUE Ming1，Y ANG Wei-dong2，Y AN Y ong-nian1(1.Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China；2.College of Mechanics,Hebei Universityof Technology,Tianjin300132，China)Abstract：The appearance of many kinds of new technologies not only increases the forming abilities of Rapid Prototypingtechnology but also expands the fields of its application.Rapid Prototyping technologies based on the chemical depositionare proposed.The classification according to the forming materials and enabled methods is presented.The essential prin-ciples and technological characteristics of several new Rapid Prototyping technologies,such as Rapid Prototyping of Ther-mochemical Liquid Deposition,Rapid Prototyping of Laser-induced Chemical Liquid Deposition,Rapid Prototyping ofElectron Beam-induced Chemical V apor Deposition,Rapid Prototyping of Electrochemical Liquid Deposition,and soon,and their potential application are also analyzed.Key words：rapid prototyping；chemical deposition；thermochemical；laser-induced；electron beam-induced；electro chemical0前言快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）技术是一种基于离散∕堆积成形原理的，由CAD模型直接驱动的，快速制造复杂形状三维物理实体的技术的总称[1]．快速成形技术自诞生至今，已从最初的快速原型制造扩展到了快速模具、金属零部件制造、生物制造、微细加工等众多技术领域[2]．化学沉积（Chemical Deposition）是在薄膜生长、表面工程、微细制造等领域内广泛应用的一类方法．近年来，化学沉积技术与快速成形技术相集成，逐渐形成了新的快速成形工艺．1基于化学沉积方法的快速成形技术的分类根据成形材料的不同状态，基于化学沉积方法的快速成形技术可以分为化学气相沉积成形（Rapid Prototyping of Chemical V apor Deposition）和化学液相沉积成形（Rapid Prototyping of Chemical Liquid Deposi-收稿日期：2005-01-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（50175059）作者简介：薛明（1978-），男（汉族），博士生．16河北工业大学学报第34卷tion ）两大类；根据使能技术的不同方式，这些快速成形技术又可以分为激光诱导化学沉积成形（Rapid Prototyping of Laser-induced Chemical Deposition ）、电子束诱导化学沉积成形（Rapid Prototyping of Electron-induced Chemical Deposition ）、电化学沉积成形（Rapid Prototyping of Electrochemical Deposition ）和热化学沉积成形（Rapid Prototyping of Thermochemical Deposition ）等．因此，选择不同状态的成形材料和不同方式的使能技术集成在一起，就形成了多种基于化学沉积方法的快速成形新技术．2典型的基于化学沉积方法的快速成形技术2.1激光诱导气相沉积成形激光诱导气相沉积成形（Rapid Prototyping of Laser-induced Chemical V apor Deposition ，简称LCVD-RP ）是最早使用气态成形材料的快速成形技术．其最早可追溯到1995年，美国Connecticut 大学采用选择性激光烧结工艺在空气中通过烧结铝粉得到氧化铝原型，并在氮气或氨气中烧结硅来制造氮化硅零件[3]．与此同时，德国Max-Planck 研究所将化学气相沉积方法应用到快速成形技术中，来制造三维实体零件[4]．1998年美国Connecticut 大学对这项技术进行了深入研究，也将其称为选择性激光沉积（Selective Area Laser Deposition ，简称SALD ）[5]．激光诱导气相沉积成形是一种基于活性气体分解沉积的快速成形技术．如图1所示，它使用高能量激光束的热能和光能将活性气体分解，并沉积出一个层厚的材料薄层，逐层制造实体零件．选择不同成分的活性气体，可以制造出不同材料的零件．适用于激光诱导气相沉积成形的材料极为广泛．在具有极高能量密度的激光束的作用下，能够在较低温度下将非金属、金属、金属化合物等多种材料沉积成形，如碳、硅、铁、镍、钨、碳化硅、砷化镓等．特别是可以成形一些具有高熔点、超硬度等特殊性能的材料，如氮化硅、碳化钛、氮化钛等．影响成形的主要工艺参数是激光功率、成形温度（包括基体温度和成形材料的温度）、成型室内成形材料的压力等．激光诱导气相沉积成形也存在一些局限．首先，需要大功率激光器和完备的真空系统，设备成本极高．其次，沉积速率慢．再次，在成形金属与合金材料时，成形性能受到很大的限制．这主要是受到沉积机理和激光特性的影响[6]．1）成形材料对激光的吸收率要小，而沉积产物对激光的反射率要小，否则，底板温度和沉积速率就会显著下降；2）沉积出的材料的热传导率要低，否则，激光束的能量迅速扩散，在沉积表面上的高温区域将扩大，导致沉积速率降低和零件精度下降．由于金属和合金材料对激光具有较高的反射率和热传导率，因此，这项技术虽然能够沉积出金属材料，但更适合于沉积各类非金属和金属化合物．2.2电子束诱导气相沉积成形大多数采用气相沉积方法的快速成形技术是选择激光作为使能方式，美国Nebraska-Lincoln 大学则选择电极发射电子束作为使能方式，开发出了电子束诱导气相沉积成形（Rapid Prototyping of Electron Beam-induced Chemical Vapor Deposition ，简称ECVD-RP ）技术[7]．与激光诱导气相沉积成形不同的是，这项技术通过电极发射电子束将活性气体分解，并沉积出材料薄层，逐层制造实体零件．美国Nebraska-Lincoln 大学的研究者将一套场致发射扫描透射电子显微镜进行了改装，使其同时兼备化学气相沉积设备的功能．选用二戊铁、二戊镍等无羰基的金属有机化合物作为成形材料，沉积出了图1激光诱导气相沉积成形原理示意图Fig.1The schematic diagram of LCVD-RP 激光窗口原型零件气体输出成型室成型材料输入17薛明，等：基于化学沉积方法的快速成形技术研究第4期由铁、镍等材料构成的具有线、矩形、圆锥等简单几何形状的微米级、纳米级结构（见图2）．在该项技术中，虽然以电子束代替了激光器，但仍然需要完备的真空系统．影响成形过程的主要参数是基底温度和成形材料的压力．此外，不同的成形条件将决定成形材料具有截然不同的成形机理，并导致完全不同的沉积结果．成形过程中，在某一基底温度下，成形材料的压力与它在该温度下的饱和蒸汽压之间的比值，是决定成形机理和最终沉积结果的关键．2.3激光诱导液相沉积成形相对于采用气相沉积方法的快速成形技术而言，采用液相沉积方法的快速成形技术主要用于金属材料的成形．激光诱导液相沉积成形（Rapid Prototyping of Laser-inducedChemical Liquid Deposition ，简称LCLD-RP ）的基本原理，如图3所示，是利用激光束使液态成形材料发生光电化学反应、热电化学反应、光分解反应、热分解反应等，沉积出金属，并逐层制造三维实体零件．激光诱导液相沉积成形可以追溯到20世纪80年代，最初源于在材料表面镀敷金属的研究[8]．国内的研究单位也在这项技术上取得了研究成果．复旦大学利用氩离子激光器实现了在环氧树脂上沉积铜及在硅片上沉积铜和镍[9]；华东理工大学采用醋酸铜溶液沉积出了铜线[10]；上海交通大学采用硫酸铜溶液利用二氧化碳激光器在玻璃表面沉积出了铜，并对进一步进行三维微细加工的可行性进行了研究[11]．目前，激光诱导液相沉积成形主要应用于各种功能薄膜、微电子元件和线路的制造与修复中．这项技术的特点在于：1）可以有选择地在零部件的局部进行微细的沉积；2）不同于气相沉积成形，这项技术主要用于沉积金属，而且可沉积的金属材料广泛，如铜、金、银、铅、镍、钼、铬、铁、钛等；3）沉积速率高于气相沉积成形、化学镀等方法；4）实验条件和工艺过程相对而言简单易行．2.4电化学液相沉积成形在使用液态成形材料的基于化学沉积方法的快速成形技术中，除了选择激光作为能量源之外，利用电极形成的电场也是一种重要的使能方式，即电化学液相沉积成形（Rapid Prototypingof Electrochemical Liquid Deposition ，简称ECLD-RP ）．这项技术是利用电极形成的电场，使液体成形材料发生分解，并沉积出金属，通过控制电极的运动和电场的电压、电流，逐层制造出需要的原型零件．南京航空航天大学将喷射式电铸技术应用到快速成形技术领域，提出了选择性电铸工艺[12]，即是一种电化学液相沉积成形技术（见图4）．作为阳极的喷嘴将高速流动的电解液喷射至阴极表面，电解液中的金属离子在外加电场的作用下被源源不断地沉积下来，控制喷嘴的扫描运动就能选择性地在特定区域沉积出零件的一个层面，逐层沉积叠加制作出三维实体原图2电子束诱导气相沉积成形所获得的原型Fig.2Prototypes fabricated by ECVD-RP 图3激光诱导液相沉积成形原理示意图Fig.3The schematic diagram of LCLD-RP激光18河北工业大学学报第34卷型零件．目前已能够得到具有良好外形结构和纳米级微观结构的铜原型．2.5热化学液相沉积成形在各种基于化学沉积方法的快速成形技术中，热化学液相沉积成形（Rapid Prototyping of ThermochemicalLiquid Deposition ，简称TCLD-RP ）是一项诞生不久的技术，其原理如图5所示，在特定的成形环境中，将室温下为液态的成形材料用数字化喷射的方法喷射到加热的底板上，成形材料的液滴与底板接触后，于特定的条件下发生热化学反应，得到固体产物并沉积在底板上．通过控制喷射装置的运动和成形材料液滴的喷射，就可以将某种材料的三维实体逐层堆积成形，最终得到所需的原型零件．该项技术可供选择的成形材料范围广泛．选择合适的成形材料，不仅可以沉积得到金属材料的原型零件，还可以沉积成形由无机盐、陶瓷材料、特殊性能的功能材料等物质构成的原型零件．成形过程中不需要激光器等大功率器件，也不需要加热到高温的喷头等复杂、昂贵的条件．影响成形过程的主要参数是底板温度和液滴尺寸．美国Drexel 大学对这项技术进行了研究，在不锈钢表面沉积出了镍，并对三维成形的可行性进行了分析[13]．清华大学机械工程系在国家自然科学基金的资助下，对这项技术的基本原理、成形材料、成形系统、成形工艺等进行了系统而深入的研究（见图6），在铜、镍、玻璃等不同材质的基底上沉积出了具有一定复杂形状和表面质量的、由无机盐、金属、金属氧化物等多种材料构成的原型（见图7）．3结论与许多其他快速成形新技术一样，化学沉积技术与快速成形技术的集成，不仅提高了快速成形技术自身的成形能力，也为快速成形技术开辟了新的应用领域．上述这些基于化学沉积方法的快速成形新技术，已逐渐从试验室研究阶段进入实际应用阶段．其独特的成形特性，在成形具有特殊结构或性能的功能材料、微电子器件或线路的定制与修复、微机械系统或零部件的制造、微细加工等领域发挥了特殊的作用，具有诱人的应用前景．图5热化学液相沉积成形原理示意图Fig.5The schematic diagram of TCLD-RP 喷射装置运动原型阀图6热化学液相沉积成形系统外观Fig.6The photograph of the TCLD-RP system 图7玻璃基底上沉积的镍原型Fig.7The photograph of Nickel prototype deposited on the glass substrate19薛明，等：基于化学沉积方法的快速成形技术研究第4期参考文献：[1]颜永年，张伟，卢清萍，等．基于离散∕堆积成形概念的RPM 原理与发展[J ]．中国机械工程，1994，5(4)：646-646．[2]卢清萍．快速原型制造技术[M ]．北京：高等教育出版社，2001．[3]Birmingham B R ，Marcus H L ．Solid freeform fabrication of silicon nitride shapes by selective laser reaction sintering [A ]．In ：The 6th Solid Freeform Fabrication [C ]．Austin,TX ：University of Texas Press ，1995：389-396．[4]Lehmann O ，Stuke M ．Three-dimensional laser direct writing of electrically conducting and isolating microstructures [J ]．Material Letters ，1994，21：131-136．[5]Jakubenas K J ，Sanchez J M ，Marcus H L ．Multiple material solid freeform fabrication by selective area laser deposition [J ]．Material Design ，1998，19：11-18．[6]Sudarshan TS ．Surface modification technologies ：an engineering's guide [M ]．New York ：Marcel Dekker Inc ，1989．135-188．[7]Jiang Hong ．Electron beam-induced organometallic chemical vapor deposition for nanostructure fabrication [D ]．Lincoln ：The University of Nebraska-Lincoln ，2000．[8]Kordás K ，Békési J ，Vajtai R ，et al ．Laser-assisted metal deposition from liquid-phase precursors on polymers [J ]．Applied Surface Science ，2001(172)：178-189．[9]王建，郁祖湛．激光镀技术的研究动态[J ]．电镀与精饰，1999，21(2)：1-5．[10]谢湘华，张谊华，方尔梯，等．激光诱导醋酸铜乙醇溶液反应直写金属铜线[J ]．应用激光，1996，16(6)：252-254．[11]刘立兵，赵毅，李明辉，等．基于RP 技术的激光诱导选择性化学沉积微细加工技术的研究[J ]．机械工程学报，2004，49(1)：137-142．[12]赵阳培，黄因慧，吴安德．流电铸快速成形技术研究[J ]．南京理工大学学报，2004，27(4)：459-462．[13]Zongyan He ，Jack G Zhou ，Ampere A Tseng ．Feasibility study of chemical liquid deposition based solid freeform fabrication [J ]．Materials andDesign ，2000(21)：83-92．。
