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快速成型和精密铸造的结合
作者：蒋晔
来源：《山东工业技术》2015年第21期
摘 要：本文将新兴的快速成型技术中的分支激光选区烧结法和传统的铸造工艺结合起来，详细的解释了该结合工艺的优点，并举出范例分析，该工艺在今后的精密铸造业中有很高的推广价值。
关键词： 快速成型; 精密铸造; 激光选区烧结法
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.260
1 快速成型介入铸造领域，将产生全新的铸造工艺
快速成型有多种工艺，其中有一种激光选区烧结法（SLS）日趋应用广泛，本文将研究激光选区烧结法和精密铸造的联系，从而改进目前的精密铸造工艺，慢慢将当下飞速发展的快速成型的技术推广到传统精密铸造领域中。
2 快速成型中的激光选区烧结法，可用与铸造蜡模的制作
激光选区烧结法用红外激光器为动力源，使用的造型材料多种多样，但多为粉末材料。该法材料的选择范围广，材料的利用率高，成型速度比其他的快速成型速度快等优点。SLS工艺又称为选择性激光烧结，将材料粉末泼洒到产品的的表面上，用工具将多余的粉末去除，用高强度的激光烧结器在铺出的粉末上烧结出产品的截面，并和下方已成形的部分粘结在一起。然后再铺上新的一层材料粉末继续烧结，具体如图1所示。SLS工艺的最大优点就是选材较为广泛，尼龙、ABS、金属和陶瓷粉末、蜡、聚碳酸脂都可以选做烧结材料。
如果成型材料选择为蜡，可以打印出用传统模具无法制作出来的蜡模，传统的铝制蜡模模具，本身需要数控加工而出，尤其在批量不大的时候，制作成本偏高。而且模具脱模对产品有极大的限制，必须要求产品结构容易脱模，复杂的结构就无法完成。图2为扫雪机箱体，以此为范例，用传统模具就无法脱模。而3d打印则不受产品结构复杂的限制，不用考虑模具的制作，直接成型。
机械制造技术从提高精度与生产率两个方面同时迅速发展起来。在提高生产率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方向，近年来，从C N C到C I M S发展迅速，并且在一定范围内得到了应用。从提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这也是世界各主要发达国家致力发展的方向。其精度从微米到亚微米，乃至纳米，其应用范围日趋广泛，在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广泛应用。如激光核聚变系统、超大规模集成电路、高密度磁盘、精密雷达、导弹火控系统、惯导级陀螺、精密机床、精密仪器、录象机磁头、复印机磁鼓、煤气灶转阀等都要采用超精密加工技术。
它与当代一些主要科学技术的发展有密切的关系，是当代科学发展的一个重要环节，超精密加工技术的发展促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展。
1超精密加工技术概述
超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工，就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。
超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)超精密磨削、超精密研磨
(机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等)以及超精密特种加工(电子束、离子束以及激光束加工等)。上述各种方法均能加工出普通精密加工所达不到的尺寸精度、形状精度和表面质量。每种超精密加工方法都是针对不同零件的要求而选择的。
1.1超精密切削加工
超精密切削加工的特点是采用金刚石刀具。金刚石刀具与有色金属亲和力小，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且能刃磨得非常锋利(刃口圆弧半径可小于ρ0.01μm，实际应用一般ρ0，05μm)可加工出优于Ra0.01μm的表面粗糙度。此外，超精密切削加工还采用了高精度的基础元部件(如空气轴承、气浮导轨等)、高精度的定位检测元件(如光栅、激光检测系统等)以及高分辨率的微量进给机构。机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施，还要有防止污染工件的装置。机床必须安装在洁净室内。进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀，没有缺陷。在这种情况下加工无氧铜，表面粗糙度可达到Ba0.005μm，加工φ800mm的非球面透镜，形状精度可达0.2／μm。超精密加工技术在航空航天、光学及民用等领域的应用十分广泛(见表1)并向更高精度等方向发展(见表2)。
快速成形和快速模具制造技术
不用传统的机床与模具就可以快速制造汽车零部件，这一切听起来是不可思议的，但却是事实。不过，在过去的近十年时间里，这项技术在国内的推广并不顺利。
用纸可以制造零部件
纸的强度有多大？它一撕就破，这是众所周知的常识。如果告诉你，现在有种纸比木头还硬，可以用于制造汽车零部件的样件，你信不信？
这不是天方夜谭，是事实。
不得不承认，随着现代科学技术的发展，人类的智慧会创造出超越普通常识的神话。
这些特殊的纸张还不够神奇，因为他们不过是王运赣教授研制出来的快速成形系统所需的原料而已。
真正神奇的，是支持这个系统的技术———快速成形技术。
10月15日，在北京昆仑饭店的中国汽车工程学会2003年会现场，上海富奇凡机电科技有限公司董事长王运赣教授向记者介绍了快速成形技术。
“1990年，我作为华中理工大学的教授，受美国自然科学基金会（NSF）的邀请，出席了在亚利桑那州召开的NSF年会。在随后的参观访问中，我接触了刚问世不久的快速成形机。当时我就被它深深吸引，并立刻产生了一种预感———快速成形技术必将风靡全球！”王教授回忆道。“回国后，我马上开始了这方面的研究。”
当时，王教授从湖北省科委那里得到了一笔研究液态光敏树脂快速成形的经费，并取得了初步成功。不过由于所用的液态光敏树脂和相应的快速成形机的价格太高，难以商品化，研究陷入困境。这时，国外兴起了一种以纸为原料的快速成形技术，由于在成形过程中，纸始终是固态的，没有状态变化，因此翘曲变形小，非常适合中、大型零部件成形。王运赣采用这种新原料进行研究，并在半年后试制成功了国内第一台以纸为原料的快速成形机。
“1995年，我们参加北京机床博览会，我们的机器在会场引起轰动。”王教授的言语中透露出一丝自豪。
不用钢模，照样生产塑料件
经济祝野２０１３年第０２期 Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｖｉｓｉｏｎ 科技前沿
精密加工技术
王守峰
（临沂职业学院山东临沂２７６０００）
摘要：精密加工所要解决的问题，一是加工精度，二是加工效率，
有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。
关键词：精细磨削；珩磨；研磨；磁粒光整
一、概述 精密制造技术是指零件毛坯成形后余量小或无余量、零件毛坯加
工后精度达亚微米级的生产技术总称。它是近净成形与近无缺陷成形
技术、超精密加工技术与超高速加工技术的综合集成。 近净成形与近无缺陷成形技术改造了传统的毛坯成形技术，使机
械产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变，使外部质量作到无余量或
接近无余量，内部质量作到无缺陷或接近无缺陷，实现优质、高效、轻量
化、低成本的成形。该项技术涉及到铸造成形、塑性成形、精确连接、热
处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域。
二、国内外发展趋势
近净成形与近无缺陷成形技术在下世纪初有以下发展趋势：
（１）近净成形技术生产的成形件精度会进一步提高，可以做出形状
更加复杂的成形件，更加接近于净成形。
（２）近净成形技术会不断有新发展，一方面原来的工艺方法会得到
不断改进提高，另一方面综合利用各种成形手段会出现新的复合成形
新工艺。
（３）随着新材料的出现，不少材料用传统加工方法很难加工．从而
推动了新材料近净成形技术的发展。
（４）计算机的发展、非线性问题计算方法的发展，推动了非线性有
限元等技术发展，使数值模拟技术由学校、研究单位走向工厂，将广泛
用于成形工艺分析，并且将由宏观模拟进一步向微观的组织模拟和质
量预测方向发展
（５）解决自动化大批量生产与用户对产品个性化要求的矛盾．生产
过程的柔性化将会得到发展。
（６）由于高效、节能、节材带来的材料和资源的节约和有效利用、成
形技术和装备的进步、无污染工艺材料的采用，使成形技术由污染大户
转变为清洁生产技术。
三、主要的精密．ＪＪＤＴ技术
